EP3906607B1 - Biegeverfahren, herstellverfahren, biegevorrichtung und herstellvorrichtung für eine wellenwicklungsmatte sowie damit erhältliche wellenwicklungsmatte - Google Patents
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- EP3906607B1 EP3906607B1 EP20716165.4A EP20716165A EP3906607B1 EP 3906607 B1 EP3906607 B1 EP 3906607B1 EP 20716165 A EP20716165 A EP 20716165A EP 3906607 B1 EP3906607 B1 EP 3906607B1
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- H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
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- H02K15/04—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of windings, prior to mounting into machines
- H02K15/0435—Wound windings
- H02K15/0478—Wave windings, undulated windings
Definitions
- the invention relates to a bending method for bending wire sections for a wave winding mat to form a coil winding of a component of an electrical machine.
- the invention further relates to a production method for producing a wave winding mat for forming a coil winding of a component of an electrical machine using such a bending method.
- the invention further relates to a bending device for use in the production of a wave winding mat for forming a coil winding of a component of an electrical machine.
- the invention further relates to a production device for producing a wave winding mat for forming a coil winding of a component of an electrical machine, which includes a bending device of this type.
- the invention relates to a computer program product for such a manufacturing device.
- the present invention is in the field of manufacturing electric motors or other electrical machines, such as generators, designed for high power, reliable operation and high efficiency.
- electric motors are to be produced which can be used as traction motors in electric vehicles or hybrid vehicles and have, for example, a rated output of between 20 kW and 400 kW.
- Stators such powerful electrical machines advantageous to provide the highest possible coil density.
- it is known from at least some of the literature references mentioned above to provide a coil winding mat formed from a plurality of wires.
- wire segments of each wire are provided with bends that connect straight wire portions that can be inserted into radially open slots of a support body, such as the main body of a stator or a rotor.
- a support body such as the main body of a stator or a rotor.
- straight wire sections in the grooves in the finished component straight sections of wire are connected by bends that protrude from the component and are referred to as end turns.
- the coil windings are made in particular from wires with a rectangular cross section.
- references [1] to [7] relate to so-called flat winding.
- flat winding the aim is to bend the respective wire with a rectangular cross-section as gently as possible into the desired shape without torsion, especially in one plane.
- each individual wire is bent in a meandering shape in one plane.
- Several of these meanderingly bent wires are combined to form a wave winding mat.
- the advantage of flat winding is the gentle bending of non-round, especially rectangular wires.
- the object of the invention is to provide methods and devices with which coil winding mats can be produced in a time-saving, gentle manner and with compact winding overhangs.
- the invention provides a bending method with the steps of claim 1.
- a manufacturing method using such a bending method, a bending device for carrying out the bending method and a manufacturing device for carrying out the manufacturing method and a computer program product for this are the subjects of the independent claims.
- step b) and/or step c) include the step: moving a first and a second holder towards one another for holding a wire section in a direction of movement which is directed essentially parallel to the longitudinal direction of the wire group, and at the same time Pivoting the first holder about a first pivot axis and the at least one second holder about a second pivot axis, the pivot axes being directed substantially perpendicularly to the extension of the wire group.
- step b) and/or step c) includes the step: Flat bending of the meander shape essentially in one plane.
- step b) and/or step c) includes the step: Bending a first half-wave around a bending shape and bending a second half-wave around a bending shape.
- step b) and/or step c) includes the step: Bending the meander shape in a plane extending substantially parallel to the extension of the wire group provided.
- step b) and/or step c) includes the step: bending at least the wire closest to a first longitudinal side of the wire group towards the opposite second longitudinal side of the wire group over the remaining wires of the wire group.
- step b) and/or step c) includes the step: Bending the meander shape on the at least one first wire of the wire group while translating the at least one first wire over the at least one second wire in the wire group and bending the meander shape on the at least one second wire in the wire group while translating the at least one second wire over the at least one first Wire.
- step b) and/or step c) includes the step: Bending the meander shape on the at least one first wire of the wire group while passing the at least one first wire under at least one second wire of the wire group and bending the meander shape on the at least one second wire in the wire group while passing the at least one second wire under the at least one first wire .
- step b) and/or step c) includes the step: Forming a bend in a wire section of the first and/or second wire on which a bend in the meander shape is formed or is to be formed.
- step b) and/or step c) includes the step: Bending the meander shape of the first and second wire with the same meander width dimension.
- step b) and/or step c) includes the step: Bending the meander shape of the first and second wire with different meander widths.
- step b) and/or step c) includes the step: Bending over one another the at least one wire of the wire group which is at the front in the cycle direction over the other wires of the wire group in order to weave the wires in this way.
- step b) and/or step c) includes the step: Relatively moving the respective at least one wire to be bent relative to the other wires in a direction transverse to the longitudinal extent of the wires.
- step b) and/or step c) includes the step: Relative movement of the respective at least one wire to be bent relative to the other wires in a direction transverse to the longitudinal extent of the wires by means of a rotary magazine which can be rotated as a whole and has wire supports rotatably mounted therein, in which the wires are held.
- step b) and/or step c) includes the step: Relatively moving the at least one wire to be bent relative to the other wires in a direction transverse to the length of the wires by gripping the wire to be bent with a gripper moving in a transverse direction and moving the remaining wires together in the opposite transverse direction.
- step b) and/or step c) includes the step: Bending of the meander shape on clamping and shaping elements that can be moved and pivoted relative to one another.
- steps b) and c) are repeated in succession until meander shapes are formed on all wires of the wire group at a length portion of the wire group.
- the invention provides a production method for producing a wave winding mat for forming a coil winding of a component of an electrical machine, comprising: Carrying out the bending process according to one of the above configurations on a length section of the wire group and repeating the bending process on further length sections until the wave winding mat is formed in the desired length.
- the manufacturing process preferably includes the step: stripping wire portions of the wires.
- the manufacturing process preferably includes the step: Cutting the wires to a predetermined length before the bending process.
- the manufacturing process preferably includes the step: Storing the wires to be provided and/or the group of wires to be provided in a buffer magazine.
- the manufacturing process preferably includes the step: bending cracks into predetermined sections of at least one or all of the wires.
- the manufacturing process preferably includes the step: Bending jumps on different sections and/or different wires of the wire group with different jump directions and/or different offset heights.
- the manufacturing process preferably includes the step: cyclical execution of the bending process.
- the manufacturing process preferably includes the step: Removal of the already completed area of the wave winding mat onto a wave winding mat receptacle.
- the manufacturing process preferably includes the step: Removal of the already completed area of the wave winding mat transversely to the longitudinal extension of the supplied wire group.
- the manufacturing process preferably includes the step: Removal of the already completed area of the wave winding mat on a rake.
- the manufacturing process preferably includes the step: Removal of the already completed area of the wave winding mat by synchronous clocking out of the wave winding mat.
- a woven flat-wound wave winding mat can be obtained with a production method according to one of the above configurations.
- a wave winding mat with straight wire sections is preferably available, which are connected to one another by winding heads, with a height of the wave winding mat measured transversely to the longitudinal extent and transverse to the straight wire sections in the area of the winding heads being the same as or smaller than in the area of the straight wire sections.
- the flat bending device has a plurality of holders for holding a plurality of straight wire sections of the bending section, which can be moved towards and away from one another in a direction of movement and can be pivoted relative to one another about pivot axes running essentially transversely to the direction of movement and essentially parallel to one another .
- the flat bending device has a plurality of shaping elements for shaping bent areas of the bending section.
- the flattening device is movable relative to the wire group feeding device in a vertical direction directed transversely to the extent of the wire group that is fed.
- the flattening device is designed for flattening the meander shape essentially in one plane.
- the flat bending device is designed to bend a first half-wave around a bending die and to bend a second half-wave around a bending die.
- the flat bending device is designed to bend the meander shape in such a way that it extends essentially parallel to the extension of the wire group provided.
- the flat bending device is designed to bend at least the wire located furthest on a first longitudinal side of the wire group toward the opposite, second longitudinal side of the wire group over the remaining wires of the wire group.
- the flat bending device is designed to bend the meander shape on the at least one first wire of the wire group while transferring the at least one first wire over the at least one second wire in the wire group and for bending the meander shape on the at least one second wire in the wire group translating the at least one second wire over the at least one first wire.
- the flat bending device is designed to bend the meander shape on the at least one first wire of the wire group while guiding the at least one first wire under at least one second wire of the wire group and for bending the meander shape on the at least one second wire of the wire group while guiding it under the at least one second wire among the at least one first wire.
- the flat bending device is designed to bend the meander shape of the first and second wire with the same or different meander width shape.
- the flat bending device is designed to bend the at least one wire of the wire group that is at the front in the cycle direction over the other wires of the wire group in order to weave the wires.
- the flat bending device is adapted to repeat flat bending sequentially on all wires of the wire group until meander shapes are formed on all wires of the wire group at a length portion of the wire group.
- the bending device preferably comprises a jump bending device for forming at least one bend in the wire section.
- the traversing device comprises a generally rotatable rotary magazine with wire supports rotatably mounted therein for holding the wires of the wire group.
- the traversing device comprises a gripper movable in a traversing direction for gripping the wire to be bent and a support member movable in the opposite transverse direction for moving the remaining wires together in the opposite transverse direction.
- the invention provides a manufacturing device for manufacturing a wave winding mat for forming a coil winding of a component of an electrical machine, comprising a bending device according to one of the above configurations and a controller which is designed to control the bending device for carrying out the production method according to one of the above configurations.
- the manufacturing apparatus includes insulation stripping means for stripping wire portions of the wires.
- the production device preferably comprises a wire cutting device for cutting the wires to length before bending.
- the production device preferably comprises a buffer magazine for storing the wires to be provided.
- the production device comprises a wave winding mat receiver for receiving and removing the already finished area of the wave winding mat.
- the wave winding mat receiver has a rake with a series of comb-like projections which are designed to engage between the individual wires of the wave winding mat.
- the rake is movable in a direction transverse to the direction of feed of the wire group.
- the invention creates a computer program product containing machine-readable control instructions which, when loaded into a controller of a manufacturing device according to one of the above configurations, cause the manufacturing device to carry out the method according to one of the above configurations.
- the invention relates to a flat-wound, woven mat of wires for forming a coil winding of a component of an electrical machine.
- configurations for flat-winding a woven mat or for weaving a flat-wound mat are described.
- Particular configurations of the invention relate to a winding method for producing a basic form of a coil winding, in particular a wave winding.
- wires with a rectangular cross section are brought into a desired shape as gently as possible, preferably without any torsion or with as little torsion as possible.
- head shapes of end windings can be formed exactly according to desired specifications.
- straight wire sections are guided and/or clamped by means of guides, holders, clamps or the like. As a result, they are not shaped freely in space, and the risk of undesired deformations of the straight wire sections is avoided.
- wires to be formed are guided and clamped by means of guides, holders, clamps or the like and formed on bending molds.
- the straight wire sections are firmly clamped. Relative movements between the wires and elements of the bending device acting on the wires are advantageous avoided. This reduces or avoids the risk of damage to wire insulation or the wires due to relative movement at shaping or clamping areas.
- multiple wires of a wire pack are formed. Compared to forming wires individually, cycle times are reduced. There is no need to join the formed wires together, eliminating one process step.
- a woven mat is produced.
- the rotational movements and linear movements of form elements are synchronized and coordinated with one another.
- the bending contour of the individual wires is defined by shaped elements and is thus predetermined.
- the shaped elements are preferably operatively coupled to one another and connected to one another by gears, actuators or the like.
- the wires are bent into a predetermined shape.
- Shape elements are preferably driven in a linear and rotary manner.
- the shaped elements are preferably links of a flexible chain which are articulated to one another or are otherwise operatively connected to one another
- a predetermined contour is formed into at least some or all of the end turns.
- a stamp or another form unit can be provided for introducing a jump bend or an offset on the end winding.
- a jump bend is particularly preferably carried out by the relative movement of two grippers which grip the wire sections between which the jump bend is to be introduced. This means that the jump bend can also be introduced as gently as possible for the wire and wire insulation.
- the meandering shape is preferably bent in such a way that overbending occurs beyond the desired meandering shape. Overbending can counteract a tendency to bend back, and thus the parallelism of the wires in the wire pack and that of the straight wire portions in the wave winding mat can be improved.
- the head shape is impressed, in particular the provision of a jump bend on the head shape of the winding overhangs in the course of the bending of the meander shape. This saves process steps and workstations.
- the height of the winding overhang is the same as or less than, or at most only very slightly greater than, the height of the winding.
- a wave winding mat can thus be produced which, when inserted into a stator, a rotor or another component with a central axis, does not have a radial configuration of the winding overhang. This is achieved in particular by a woven flat winding.
- a coil winding mat that does not have a radial structure of the winding overhangs has the advantage of reducing the installation space and increasing the accessibility for further functional elements, e.g. the accessibility for cooling channels or the like.
- both the advantages of a classic flat winding and those of a sword winding are achieved.
- a flat wound woven winding mat is advantageously achieved.
- a conductor exchange is possible in each end winding. It is also possible to swap layers in each end winding.
- Preferred embodiments relate to a bending method and a manufacturing method with which a flat-wound woven wave winding mat can be obtained.
- the wires to be wound flat in a wavy form are woven directly into one another as they are bent.
- the wires of an individual mat are initially routed in parallel. At least one wire is then included in a bending chain and bent into a meander shape. In doing so, he crosses the remaining wires. This movement is preferably carried out until the entire mat is made. Preferably, the wires are intertwined by continuously crossing the wires.
- the individual wires are bent and woven into a mat at the same time.
- a mat can be produced which does not permit any radial winding overhang. Both the advantages of a flat winding and a sword winding are advantageously achieved.
- FIGS Figures 1 and 2 and 5 to 8 An inventive embodiment of such a coil winding 20 is in the Figures 3 and 4 in installed condition and in 12 shown separately. Comparative examples of such a coil winding 20 for clarification of terms and for comparison are in FIGS Figures 1 and 2 and 5 to 8 are reproduced. It is therefore first on the Figures 1 to 8 and 12 referenced.
- the coil winding 20 is formed by at least one coil winding mat 28 .
- the coil winding mat 28 is designed as a wave winding mat 30, 30a, 30b.
- a coil winding mat 28 is understood to mean a mat-shaped conductor bundle formed from a plurality of bent wires 24 .
- a wave winding mat 30 is understood to mean a mat-shaped conductor bundle formed from a plurality of wave winding wires 32 (conductors).
- Wave winding wires 32 are wires 24 bent in a wave-like manner, it being possible for the bending to be produced in one plane by bending successive wire sections in opposite bending directions.
- Such a type of production referred to as flat winding, leads to gentle bending and greater process reliability, particularly in the case of profiled wires that have a cross-sectional profile shape that deviates from a round shape, for example a rectangular profile.
- the coil winding mat 28 and thus also the wave winding mat 30, 30a, 30b comprises, in particular, a plurality of wave winding wires 32 which are bent in a wavy manner and extend in a longitudinal direction, which have straight wire sections 34 spaced apart in the longitudinal direction and extending in a transverse direction running transversely to the longitudinal direction, and roof-shaped winding overhangs 36 in between , that adjacent straight wire sections 34 are connected to one another by a winding head 36 bent in a roof shape.
- the straight wire sections 34 of the coil winding mat 28 are used in particular as in FIGS Figures 1 and 2 shown to be inserted in slots 16 of a housing 10 of a component 12 of an electrical machine, such as in particular a stator 14 of an electric motor.
- the winding overhangs 36 each form an envelope and protrude on the outside of the axially directed ends of the housing and connect the wire section 34 of one slot 16 to a wire section 34 in another slot 16.
- at least one or more coil winding mats 28 and, in particular, wave winding mats 30 form the coil winding 20 of the component 12 of the electrical machine. For example, a three-phase coil winding 20 is to be produced.
- Figures 1 and 2 show a simplified representation of a partial segment of a housing 10 of a stator 14 serving as an example of a component 12 with slots 16 and a coil winding 20 formed from conductors A, B, wherein in 1 a single-layer winding is shown, where the conductors A and B remain in one plane and in 2 a two-layer winding is shown in which the conductors A and B change planes.
- Spool pitch/spool width The "spool pitch” SPS indicates how many slots 16 an individual conductor A, B jumps on per turn.
- the average coil step SPS of the coil winding 20 is called the "coil width".
- the coil pitch and the coil width can differ, for example when two individual conductors of the same phase run in parallel. In 1 you can see that conductor B has a coil step SPS of five. The outer conductor A jumps seven slots further. This gives a coil width of six.
- Shift dimension is the measure of the coil width. This is diameter dependent since the circumferential spacing between the slots 16 of the stator 14 increases as the diameter increases. If a coil winding mat 28 has several revolutions in the stator 14, it has several shift dimensions but a constant coil width.
- Zone width specifies the number of slots from which a winding scheme is repeated. If the coil step is constant, then the "zone width" corresponds to the coil width. If the package step SPS changes every time with a package width of six, the scheme is repeated after the second turn, resulting in a zone width of twelve.
- Ply swap change as in 2 , two conductors A, B the levels in the slot 16 or in a coil winding mat, then one speaks of a "layer swap". At the point where the conductors A, B change level, they have a jump 22.
- a coil winding mat without swapping layers is also referred to as “single-layer coil winding mat", a coil winding mat with layer swapping as "two-layer coil winding mat”.
- the swapping of layers also equalizes the potential differences in the conductors, which would result from a different distance between the two layers and another component of the electrical machine, such as the rotor.
- the Figures 3 and 4 show illustrations of a partial segment of the housing 10 of the stator 14 serving as an example for the component 12 with slots 16 and a coil winding 20 formed from a wave winding mat 30, 30a according to an embodiment of the invention.
- the wave winding mat 30 according to the embodiment is a flat-wound woven wave winding mat 30a, wherein the individual wires 24 or subgroups of wires 24 have been woven together during flat winding, as will be described in more detail below.
- the Figures 5 and 6 show representations of the partial segment of the housing 10 of the stator 14 serving as an example for the component 12 with slots 16 and a coil winding 20 formed from a winding mat 28a according to a first comparative example.
- the winding mat 28a is produced by sword winding, as is described in reference [8] is described and shown in more detail.
- the Figures 7 and 8 show illustrations of the partial segment of the housing 10 of the stator 14 serving as an example for the component 12 with slots 16 and a coil winding 20 formed from a wave winding mat 30, 30b according to a second comparative example individually bent wave winding wires 32 produced, as described and shown, for example, in reference [7].
- the end winding 36 in the stator 14 builds up radially to varying degrees, depending on the type of manufacture.
- the winding height h the height of the coil winding mat 28 in the area of the straight wire sections 34
- the winding head height Wh the maximum height Wh of the coil winding mat 28 in the area of the winding heads 36
- the winding overhang height Wh is significantly greater than the winding height h, i.e. the winding overhangs 36 in the coil winding mats 28 according to the comparative examples extend more in the radial direction than the straight wire sections 34.
- a coil winding mat 28 is produced according to exemplary embodiments of the invention, which has no radial structure of the end winding 36 . This is made possible by weaving the individual wires in the wave winding mat 30, 30a. A woven flat winding is achieved. As Figures 3 and 4 show, the winding head height Wh is equal to the winding height h.
- the woven flat-wound wave winding mat 30a also has advantages in terms of the complexity of the winding scheme.
- Table 1 shows an example of the wire arrangement in the groove for the sword-wound coil winding mat 28a, see [7], where a to I denote the individual conductors (wires).
- a conductor exchange can only be implemented at individual winding heads 36, while a layer exchange is possible in each winding head 36.
- Table 2 shows an example of the wire arrangement in the groove for the stacked or plugged-in wave winding mat 30b, see [8], where a to I again designate the individual conductors (wires).
- a conductor exchange is possible in each winding overhang 36, while a layer exchange can only be implemented on individual winding overhangs 36
- Table 3 shows an example of the wire arrangement in the groove for the flat-wound woven wave winding mat 30a according to embodiments of the invention, again where a to I denote the individual conductors (wires).
- a conductor exchange is possible in each end winding 36; and an exchange of layers is also possible in each end winding 36 .
- FIGS. 9 and 10 show schematically an embodiment of a bending process in the course of the production of the flat-wound woven wave winding mat 30a.
- Fig. 12 shows the bending process schematically.
- the wire group 40 is, see 9 on the far left, provided by a wire group feeder 44 (explained in more detail later).
- a first wire 24a is inserted into a bending chain 46 .
- the bending chain 46 has, as will be explained in more detail later, to one another at right angles to the plane of the drawing 9 arranged pivot axes 130a, 130b, 130c pivotable clamping elements 48 and mold elements 50 on.
- the clamping elements 48 preferably have a first holder 48a and a second holder 48b.
- the wire 24a is clamped by means of the holders 48a, 48b of the clamping elements 48 at those wire sections which are later to form the straight wire sections 34.
- the intermediate portions are formed on the mold members 50 so as to form the end turns 36 .
- the meander shape 42 is formed with a first and a second half-wave, at the same time the flexible chain 46 with the bound wire 24a is lifted over the other wires 24b-24f of the wire group 40 (in other embodiments, the flexible chain 46 also passed under the wire group 40).
- an interweaving 52 takes place, as represented by the arrow.
- the wires 24a-24f of the individual mat are first fed in parallel as a wire bundle 40. At least one wire 24a is then added to the bending chain 46 and bent into a meander shape 42 . In doing so, it crosses the remaining wires 24b-24f. This movement is carried out until the entire mat is made. By continuously crossing the wires 24, the wires 24 become intertwined.
- FIG. 10 shows the wire group 40 and the already partially manufactured wave winding mat 30a during a bending process.
- the already completed winding overhangs 36 and the straight wire sections 34 are shown in an upper layer 54 and a lower layer 56.
- the bending takes place via the several clamping elements 48 and forming elements 50, which each clamp parts of the wire 24a and can be moved synchronously with one another.
- the distance between the clamping and shaping elements 48, 50 can be flexibly changed in order to allow different parallel distances of the straight wire sections 34 of the wave winding mat 30a (shift amount).
- the elements 48, 50 can therefore move relative to one another on changeable, defined trajectories.
- the elements 48, 50 can also be offset in height from one another in order to bend height offsets into the conductor.
- a basic principle of preferred embodiments is therefore always to bend the conductors 24, 24a-24f lying in front in the clock direction over the others, as a result of which the wires 24 are woven.
- An advantage of the bending process, the manufacturing process using it and the devices for carrying it out is that the individual wires are bent and woven into a mat at the same time.
- a mat can be produced which does not permit any radial end winding construction.
- the methods and devices according to exemplary embodiments of the invention therefore combine the advantages of sword winding and flat winding with the additional advantage of the radially more compact end winding 36.
- each end turn 36 has a roof bend having first through third bend regions 60a-60c and first and second straight portions 62a, 62b.
- a first and third bending area 60a and 60c form the transitions to the adjacent straight wire sections 34. This is followed by a straight section 62a, 62b in each case.
- the central second bending area 62b is formed between the straight sections 62a, 62b.
- the only height offset 58 is formed at the central bending area 62b.
- the other bending areas 62a, 62c have no height offset.
- no height offset is required at the slot exit.
- the height offset 58 is introduced by a jump bend.
- an embodiment of the woven, flat-wound wave winding mat 30a is shown, which is designed here with a continuous exchange of conductors.
- the embodiment of the wave winding mat 30a shown is stepped, as can be seen from the shoulders 64 within the wave winding mat 30a.
- the stair shape makes this easier multi-layer introduction of the wave winding mat 30a in an annular component 12, such as in particular the housing 10 of the stator 14.
- the paragraph 64 is realized by an opposite direction of the height offset 58.
- the wire 24a to be bent into a meandering shape 42 is translated over the other wires 24b-24f of the wire pack 40.
- the wire 24a to be bent in each case is lifted under the other wires 24b-24f of the wire package 40.
- the wire that is bent in each case thus crosses the other wires that are subsequently bent.
- several wires could be bent at the same time and correspondingly moved transversely to cross them.
- the remaining area to be fed in of the wire 24a to be bent in each case is thus moved in each case transversely to the direction of longitudinal extent of the wire bundle 40 relative to the other wires 24b-24f. This is done by means of a transverse movement device 68, of which two exemplary embodiments are illustrated in FIGS Figures 14 and 15 be explained.
- the function of the traversing device 68 will be explained using the exemplary embodiment of the method in which the wires to be bent are translated, i.e. in which the wires to be bent are lifted above the others.
- a reverse movement - passing under the wires to be bent - is basically also possible, as already explained above.
- the translation in the wire feed is carried out so that the wires do not twist into each other due to the bending process.
- a rotary magazine 70 is shown as a first exemplary embodiment for the transverse movement device 68 .
- the rotary magazine 70 has, for example, one (or more axially spaced) rotary disc 72 which rotates in a first rotary direction 74 about a central axis 76 .
- Runs 78 with wire supports 80 for the wires 24a-24f are rotatably arranged in the rotary disc 72 per wire 24a-24f or wire pair.
- the barrels 78 rotate about their own axes in the second direction of rotation 82, which is opposite to the first direction of rotation 74, at the same rotational speed as the rotary disc 72, so that the wire supports 80 are always in the same orientation.
- wires 24a-24f in each run 78 are always level.
- Figure 14 thus shows translation by a rotating magazine 70 having individual runs 78 for one or more wires 24a-24f.
- the barrels 78 rotate in the opposite direction to the direction of rotation of the magazine 70.
- a linear magazine 84 is shown as a second exemplary embodiment for the transverse movement device 68 .
- the linear magazine 84 is designed, for example, as a belt magazine.
- the linear magazine 84 has a gripper 86, shown schematically by a movement arrow and movable in a transverse direction, for the wire 24a to be bent and a transport device 88 for the remaining wires 24b-24f of the wire pack 40.
- the transport device 88 has, for example, a plurality of support elements spaced apart in the longitudinal direction of the wire bundle 40 and movable in the opposite transverse direction to the gripper 86, in particular in the form of belts 90, more particularly toothed belts.
- the function of the linear magazine 68 is as follows.
- the transfer of the wire 24a to be bent is effected by the gripper 86, for example.
- the remaining wires 24b-24f are cycled on via a belt 90 or the like.
- the cycle direction of the belt 90 is indicated by the arrow 92.
- One or more wires 24a which are bent are always guided over the other wires 24b-24f and the remaining wires 24b-24f are cycled further over a belt 90.
- the wire group delivery device 44 has a wire supplying device 94 for supplying an endless wire 96, an insulation removing device 98 for removing an insulation on the endless wire 96 in areas, a wire cutting device 99 for cutting the endless wire 96 so as to obtain the wires 24a to 24f, and a wire grouping device 100 for arranging the wires 24a-24f to wire group 40.
- the wire supply device 94 has, for example, a roll receptacle for receiving a wire roll 102 from which the endless wire 96 is unwound.
- the endless wire 96 is formed as a flat wire with a rectangular profile and an insulating layer on the surface.
- a possible embodiment for the wire supply device 94 is the following reference [13] DE 10 2018 102 914 A1 can be removed, to which reference is expressly made for further details.
- the insulation removing device 98 is constructed, for example, as described in the reference [14] German patent application 10 2019 121 179.4 (not pre-published) is described and shown.
- the insulation removal device 98 has a wire guide 104 and a laser 106, the radiation of which is directed onto the endless wire 96 for the area-wise removal of the insulation layer.
- a stripped wire portion of continuous wire 96 with insulation removed is shown at 108 .
- Such stripped portions of wire 108 are placed in continuous wire 96 at regular intervals corresponding to the length of wires 24a-24f of wire group 40 by removing the insulating layer.
- the wire cutting device 99 has a suitable cutting mechanism (not shown) for cutting the endless wire 96 .
- the cutting mechanism is controlled in such a way that the cut is made in the center of the stripped area 108 .
- the wire grouping device 100 has a buffer magazine 110 for receiving the cut wires 24a-24f and an output device with which the wires 24a-24f are removed from the buffer magazine 110 and arranged to form the wire group 40 such that the wires 24a-24f in the Run substantially parallel spaced apart.
- This group of wires 40 is then fed to the bending chain 46 via the transverse movement device 68, as is shown in FIG 9 and 10 is indicated.
- FIG 17 An exemplary embodiment of a manufacturing device 120 for manufacturing the flat-wound woven wave winding mat 30a is shown in FIG 17 shown in an overview.
- the manufacturing device 120 has a bending device 112 , a controller 122 and a wave winding mat receptacle 124 .
- the bending device 112 is adapted for use in the manufacture of the flat-wound woven wave winding mat 30a for forming the coil winding 20 of the component 12 of an electric machine and is adapted to be described above with reference to FIGS 9 and 10 to carry out the bending process explained.
- the manufacturing device 120 is designed to produce the wave winding mat 30a according to FIG 13 to produce the process chain shown.
- the bending device 112 comprises the 16 shown wire group feed device 44 by means of which the wire group 40 is fed from wires 24a-24f arranged spaced apart in parallel.
- the bending device 112 further comprises a flat bending device 114 for bending a bent section of at least one wire 24a of the wire group 40 into the meandering shape 42 such that the bent section crosses the remaining wires 24b-24f of the wire group 40, and the transverse movement device 68 for relatively moving the at least one to bending wire 24a and the remaining wires 24b-24f in a direction transverse to the length of the wires 24a-24f fed by the wire group feeder 44.
- the flat bending device 114 comprises the bending chain 46 with the clamping elements 48 and the shaping elements 50 as well as actuators 116 for forming the bending axes and for moving the pivoting movements of the clamping elements 48 and the shaping elements 50 as well as for moving clamping jaws of the clamping elements 48, not shown in detail, around the straight wire sections 34 to hold and clamp.
- the clamping elements 48 have a plurality of holders 48a, 48b for holding a plurality of straight wire sections 34 of the bending section, which can be moved towards and away from one another by means of the actuators 116 in a direction of movement and relative to one another by essentially transversely to the direction of movement and essentially parallel to one another Pivot axes 130a, 130b, 130c are pivotable.
- the plurality of shaping members 50 are configured to shape bent portions of the bending portion.
- the shaped elements 50 have bending shapes, not shown in detail, the contours of which correspond to the bending regions 60a-60c, in order to gently shape the bending regions 60a-60c on these bending shapes.
- At least one of the actuators 116 is further configured in such a way that the flat bending device 114 with at least some elements of the bending chain 46 can be raised relative to the remaining wires 24b-24f of the wire group 40 in order to bend the bending section of the wire 24a to be bent into the meander shape 42 over the other wires 24b-24f of wire group 40.
- the area of the wire to be bent that is still to be fed is moved, as described above, by means of the transverse movement device 68.
- the bending device 112 also includes a jump bending device 118 for forming at least one offset in the bending section. This allows step S3 of the process flow from 13 carry out.
- a jump bending device 118 for forming at least one offset in the bending section.
- two jump bending devices 118 are provided, by means of which a bend of the jump 22 - see height offset 58 in 11 - is feasible.
- Each jump bending device 118 has two grippers or receiving elements 118a, 118b which can be moved relative to one another and which can receive the straight sections 62a, 62b in a clamping manner.
- the height offset 58 can thus be introduced between the rectilinear sections 62a, 62b. In the exemplary embodiment shown, this takes place before the bending regions 60a-60c are bent when the meandering shape 42 is formed.
- the receiving elements 118a, 118b are designed as movable bars with comb structures.
- the height offset 58 can alternatively also be introduced during the forming of the meander shape 42 .
- clamping elements 48, 48a, 48b and shaping elements 50 of the bending chain 46 can be moved towards one another in the vertical direction in order to introduce the vertical offset 58 and thus the jump 22 between the sections 62a, 62b held thereon.
- the wave winding mat receptacle 124 has the rake 66 already mentioned above.
- the rake 66 has projections, not shown in detail, which engage between straight wire sections 34 of the wave winding mat 30a.
- the rake 66 can be moved intermittently in a transport direction 126 (also called the cycle direction of the wave winding mat 30a) transversely to the wire feed direction 128 .
- the controller 122 is programmed and connected to the units of the manufacturing device 120 in such a way that they are used to carry out the in 13 illustrated manufacturing process is controlled.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Manufacture Of Motors, Generators (AREA)
Description
- Die Erfindung betrifft ein Biegeverfahren zum Biegen von Drahtabschnitten für eine Wellenwicklungsmatte zum Bilden einer Spulenwicklung eines Bauteils einer elektrischen Maschine. Weiter betrifft die Erfindung ein Herstellverfahren zum Herstellen einer Wellenwicklungsmatte zum Bilden einer Spulenwicklung eines Bauteils einer elektrischen Maschine unter Verwendung eines solchen Biegeverfahrens. Weiter betrifft die Erfindung eine Biegevorrichtung zur Verwendung bei der Herstellung einer Wellenwicklungsmatte zum Bilden einer Spulenwicklung eines Bauteils einer elektrischen Maschine. Weiter betrifft die Erfindung eine Herstellvorrichtung zum Herstellen einer Wellenwicklungsmatte zum Bilden einer Spulenwicklung eines Bauteils einer elektrischen Maschine, die eine derartige Biegevorrichtung umfasst. Schließlich betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt für eine derartige Herstellvorrichtung.
- Zum technologischen Hintergrund der Erfindung wird auf folgende Literaturstellen verwiesen:
- [1]
US 2010/231083 A1 - [2]
WO 2017/148619 A1 - [3]
EP 1 270 104 A1 - [4]
US 2016/052041 A1 - [5]
US 2009/276997 A1 - [6]
DE 10 2017 127 634 A1 - [7]
WO 2019/166061 A1 - [8]
DE 10 2017 120 559 A1 - [9]
WO 2016/174542 A1 - [10]
DE 10 2015 120 661 A1 - [11]
DE 10 2015 120 963 A1 - [12]
EP 3 182 568 A1 - [13]
DE 10 2017 104 932 A1 - [14]
US 2017/324294 A1 - [15]
US 2010/125999 A1 - Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Herstellung von Elektromotoren oder sonstigen elektrischen Maschinen, wie beispielsweise Generatoren, die für hohe Leistungen, zuverlässigen Betrieb und hohe Effizienz ausgelegt sind. Insbesondere sollen Elektromotoren hergestellt werden, die als Fahrmotoren von Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen einsetzbar sind und beispielsweise eine Nennleistung zwischen 20 kW und 400 kW aufweisen. Es ist zum Aufbau von Statoren derartiger leistungsfähiger elektrischer Maschinen vorteilhaft, eine möglichst hohe Spulendichte bereitzustellen. Hierzu ist es aus zumindest einigen der vorerwähnten Literaturstellen bekannt, eine aus mehreren Drähten gebildete Spulenwicklungsmatte bereitzustellen. Bei der Spulenwicklungsmatte sind Drahtsegmente eines jeden Drahtes mit Biegungen versehen, die geradlinige Drahtabschnitte verbinden, welche in radial offene Nuten eines Haltekörpers, wie insbesondere dem Hauptkörper eines Stators oder eines Rotors, eingefügt werden können. Somit befinden sich im fertigen Bauteil geradlinige Drahtabschnitte in den Nuten. Geradlinigen Drahtabschnitte sind durch Umbiegungen verbunden, die aus dem Bauteil hervorstehen und als Wicklungsköpfe bezeichnet werden.
- Um einen besonders hohen Füllgrad zu erreichen, werden die Spulenwicklungen insbesondere aus Drähten mit rechteckigem Querschnitt hergestellt.
- Um die Grundform einer Spulenwicklung herzustellen, gibt es verschiedene Wickelverfahren. Die Literaturstellen [1] bis [7] betreffen das sogenannte Flachwickeln. Beim Flachwickeln ist das Ziel, den jeweiligen Draht mit rechteckigem Querschnitt möglichst schonend ohne Torsion, insbesondere in einer Ebene, in die gewünschte Form zu biegen. Hierzu wird jeder einzelne Draht in einer Ebene mäanderförmig gebogen. Mehrere dieser mäanderförmig gebogenen Drähte werden zu einer Wellenwicklungsmatte zusammengefügt. Vorteil des Flachwickelns ist die schonende Biegung von unrunden, insbesondere rechteckigen Drähten. Herausforderungen dabei sind die geringen Taktzeiten aufgrund der Einzelbiegungen, das Zusammenfügen der gebogenen Drähte, die meist nur rechtwinklige oder undefinierte mögliche Formung der Wicklungsköpfe, mögliche unerwünschte Verformungen in den parallelen geradlinigen Drahtabschnitten, da diese oft frei im Raum gebogen werden, sowie mögliche Relativbewegungen zwischen Biegevorrichtungselementen und Draht, was zu Beschädigungen einer Drahtisolierung führen kann. Eine weitere Herausforderung ist, dass nur bestimmte Wickelschemata möglich sind.
- Aus [8] bis [14] ist es bekannt, eine Spulenwicklungsmatte aus parallel geführten Drähten zu wickeln, insbesondere um einen Wickelkern, wie z.B. ein sogenanntes Wickelschwert. Eine derartige durch Wickeln eines Drahtpakets gebildete Spulenwicklungsmatte wird im Folgenden als Wickelmatte bezeichnet. Eine derartige Herstellweise einer Spulenwicklungsmatte wird auch als Schwertwicklung bezeichnet. Mit einer solchen Herstellweise können mehrere Drähte einer Spulenwicklungsmatte gleichzeitig gebogen werden, was besondere Vorteile hinsichtlich der Taktzeiten bzw. der insgesamt benötigten Herstellzeit hat. Herausforderungen bei derartigen Wicklungsverfahren sind größere Biegebelastungen auf die einzelnen Drähte aufgrund der inhärenten Torsion, insbesondere bei unrunden wie rechteckigen Drähten, Beschränkungen bei der Wicklungskopfform sowie Beschränkungen bei möglichen Wicklungsschemata. Aus [15] ist eine Herstellung einer Spulenwicklungsmatte durch Flechten der einzelnen Drähte bekannt.
- Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, Verfahren und Vorrichtungen zur Verfügung zu stellen, mit denen Spulenwicklungsmatten zeitsparend, schonend und mit kompakten Wicklungsköpfen herstellbar sind.
- Zum Lösen dieser Aufgabe schafft die Erfindung ein Biegeverfahren mit den Schritten des Anspruchs 1. Ein ein solches Biegeverfahren verwendendes Herstellverfahren, eine Biegevorrichtung zum Durchführen des Biegeverfahrens sowie eine Herstellvorrichtung zum Durchführen des Herstellverfahrens sowie ein Computerprogrammprodukt hierfür sind die Gegenstände der Nebenansprüche.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Die Erfindung schafft gemäß einem ersten Aspekt davon ein Biegeverfahren zum Biegen von Drahtabschnitten für eine Wellenwicklungsmatte zum Bilden einer Spulenwicklung eines Bauteils einer elektrischen Maschine, umfassend:
- a) Bereitstellen einer Drahtgruppe aus nebeneinander beabstandet parallel angeordneten Drähten;
- b) Biegen einer Mäanderform an wenigstens einem ersten Draht der Drahtgruppe so, dass der wenigstens eine erste Draht wenigstens einen zweiten Draht der Drahtgruppe kreuzt, und
- c) Biegen der Mäanderform an dem wenigstens einen zweiten Draht der Drahtgruppe so, dass der wenigstens eine zweite Draht den wenigstens einen ersten Draht kreuzt.
- Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass Schritt b) und/oder Schritt c) den Schritt enthalten: Aufeinander zu Bewegen eines ersten und eines zweiten Halters zum Halten eines Drahtabschnittes in einer Bewegungsrichtung, die im Wesentlichen parallel zu der Längsrichtung der Drahtgruppe gerichtet ist, und gleichzeitiges Verschwenken des ersten Halters um eine erste Schwenkachse und des wenigstens einen zweiten Halters um eine zweite Schwenkachse, wobei die Schwenkachsen im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckung der Drahtgruppe gerichtet sind.
- Es ist bevorzugt, dass Schritt b) und/oder Schritt c) den Schritt enthalten:
Flachbiegen der Mäanderform im Wesentlichen in einer Ebene. - Es ist bevorzugt, dass Schritt b) und/oder Schritt c) den Schritt enthalten:
Umbiegen einer ersten Halbwelle um eine Biegeform und Umbiegen einer zweiten Halbwelle um eine Biegeform. - Es ist bevorzugt, dass Schritt b) und/oder Schritt c) den Schritt enthalten:
Biegen der Mäanderform in einer sich im Wesentlichen parallel zu der Erstreckung der bereitgestellten Drahtgruppe erstreckenden Ebene. - Es ist bevorzugt, dass Schritt b) und/oder Schritt c) den Schritt enthalten:
Biegen zumindest des jeweils am nächsten an einer ersten Längsseite der Drahtgruppe befindlichen Drahtes zu der entgegen gerichteten zweiten Längsseite der Drahtgruppe hin über die verbleibenden Drähte der Drahtgruppe hinweg. - Es ist bevorzugt, dass Schritt b) und/oder Schritt c) den Schritt enthalten:
Biegen der Mäanderform an dem wenigstens einen ersten Draht der Drahtgruppe unter Übersetzen des wenigstens einen ersten Drahtes über den wenigstens einen zweiten Draht der Drahtgruppe und Biegen der Mäanderform an dem wenigstens einen zweiten Draht der Drahtgruppe unter Übersetzen des wenigstens einen zweiten Drahts über den wenigstens einen ersten Draht. - Es ist bevorzugt, dass Schritt b) und/oder Schritt c) den Schritt enthalten:
Biegen der Mäanderform an dem wenigstens einen ersten Draht der Drahtgruppe unter Unterführen des wenigstens einen ersten Drahtes unter wenigstens einen zweiten Draht der Drahtgruppe und Biegen der Mäanderform an dem wenigstens einen zweiten Draht der Drahtgruppe unter Unterführen des wenigstens einen zweiten Drahts unter den wenigstens einen ersten Draht. - Es ist bevorzugt, dass Schritt b) und/oder Schritt c) den Schritt enthalten:
Ausbilden einer Kröpfung in einem Drahtabschnitt des ersten und/oder zweiten Drahts, an dem eine Umbiegung der Mäanderform gebildet oder zu bilden ist. - Es ist bevorzugt, dass Schritt b) und/oder Schritt c) den Schritt enthalten:
Biegen der Mäanderform des ersten und des zweiten Drahtes mit gleichem Mäanderweitenmaß. - Es ist bevorzugt, dass Schritt b) und/oder Schritt c) den Schritt enthalten:
Biegen der Mäanderform des ersten und des zweiten Drahtes mit unterschiedlichem Mäanderweitenmaß. - Es ist bevorzugt, dass Schritt b) und/oder Schritt c) den Schritt enthalten:
Übereinanderbiegen des jeweils in Taktrichtung vorne liegenden wenigstens einen Drahtes der Drahtgruppe über die anderen Drähte der Drahtgruppe, um so die Drähte zu verweben. - Es ist bevorzugt, dass Schritt b) und/oder Schritt c) den Schritt enthalten:
Relativbewegen des jeweils wenigstens einen zu biegenden Drahts relativ zu den anderen Drähten in einer Richtung quer zur Längserstreckung der Drähte. - Es ist bevorzugt, dass Schritt b) und/oder Schritt c) den Schritt enthalten:
Relativbewegen des jeweils wenigstens einen zu biegenden Drahts relativ zu den anderen Drähten in einer Richtung quer zur Längserstreckung der Drähte mittels eines insgesamt drehbaren Drehmagazins mit darin drehbar gelagerten Drahtunterstützungen, in denen die Drähte gehalten sind. - Es ist bevorzugt, dass Schritt b) und/oder Schritt c) den Schritt enthalten:
Relativbewegen des jeweils wenigstens einen zu biegenden Drahts relativ zu den anderen Drähten in einer Richtung quer zur Längserstreckung der Drähte mittels Erfassen des zu biegenden Drahts mit einem sich in eine Querrichtung bewegenden Greifer und gemeinsames Bewegen der verbleibenden Drähte in die entgegengesetzte Querrichtung. - Es ist bevorzugt, dass Schritt b) und/oder Schritt c) den Schritt enthalten:
Biegen der Mäanderform an relativ zueinander bewegbaren und verschwenkbaren Klemm- und Formelementen. - Es ist bevorzugt, dass die Schritte b) und c) nacheinander wiederholt werden, bis an einem Längenabschnitt der Drahtgruppe Mäanderformen an allen Drähten der Drahtgruppe gebildet sind.
- Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein Herstellverfahren zum Herstellen einer Wellenwicklungsmatte zum Bilden einer Spulenwicklung eines Bauteils einer elektrischen Maschine, umfassend:
Durchführen des Biegeverfahrens nach einer der voranstehenden Ausgestaltungen an einem Längenabschnitt der Drahtgruppe und Wiederholen des Biegeverfahrens an weiteren Längenabschnitten, bis die Wellenwicklungsmatte in der gewünschten Länge gebildet ist. - Vorzugsweise umfasst das Herstellverfahren den Schritt:
Abisolieren von Drahtbereichen der Drähte. - Vorzugsweise umfasst das Herstellverfahren den Schritt:
Ablängen der Drähte vor dem Biegeverfahren auf eine vorbestimmte Länge. - Vorzugsweise umfasst das Herstellverfahren den Schritt:
Lagern der bereitzustellenden Drähte und/oder der bereitzustellenden Drahtgruppe in einem Puffermagazin. - Vorzugsweise umfasst das Herstellverfahren den Schritt:
Biegen von Sprüngen in vorbestimmte Abschnitte wenigstens einer oder aller der Drähte. - Vorzugsweise umfasst das Herstellverfahren den Schritt:
Biegen von Sprüngen an unterschiedlichen Abschnitten und/oder unterschiedlichen Drähten der Drahtgruppe mit unterschiedlichen Sprungrichtungen und/oder unterschiedlichen Versatzhöhen. - Vorzugsweise umfasst das Herstellverfahren den Schritt:
taktweises Durchführen des Biegeverfahrens. - Vorzugsweise umfasst das Herstellverfahren den Schritt:
Abführen des bereits fertig gestellten Bereichs der Wellenwicklungsmatte auf einer Wellenwicklungsmattenaufnahme. - Vorzugsweise umfasst das Herstellverfahren den Schritt:
Abführen des bereits fertig gestellten Bereichs der Wellenwicklungsmatte quer zu der Längserstreckung der zugeführten Drahtgruppe. - Vorzugsweise umfasst das Herstellverfahren den Schritt:
Abführen des bereits fertig gestellten Bereichs der Wellenwicklungsmatte auf einem Rechen. - Vorzugsweise umfasst das Herstellverfahren den Schritt:
Abführen des bereits fertig gestellten Bereichs der Wellenwicklungsmatte durch synchrones Austakten der Wellenwicklungsmatte. - Mit einem Herstellverfahren nach einer der voranstehenden Ausgestaltungen ist eine verwebte flachgewickelte Wellenwicklungsmatte erhältlich.
- Vorzugsweise ist eine Wellenwicklungsmatte mit geradlinigen Drahtabschnitten erhätlich, die durch Wicklungsköpfe miteinander verbunden sind, wobei eine quer zu der Längserstreckung und quer zu den geradlinigen Drahtabschnitten gemessene Höhe der Wellenwicklungsmatte im Bereich der Wicklungsköpfe gleich oder kleiner als im Bereich der geradlinigen Drahtabschnitte ist.
- Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung eine Biegevorrichtung zur Verwendung bei der Herstellung einer Wellenwicklungsmatte zum Bilden einer Spulenwicklung eines Bauteils einer elektrischen Maschine, umfassend:
- eine Drahtgruppenzustelleinrichtung zum Zustellen einer Drahtgruppe aus nebeneinander beabstandet parallel angeordneten Drähten,
- eine Flachbiegeeinrichtung zum derartigen Biegen eines Biegeabschnitts wenigstens eines Drahts der Drahtgruppe in eine Mäanderform, dass der Drahtabschnitt die verbleibenden Drähte der Drahtgruppe kreuzt, und
- eine Querbewegungseinrichtung zum relativen Bewegen des wenigstens einen zu biegenden Drahts und der verbleibenden Drähte in einer Richtung quer zu der Längserstreckung der durch die Drahtgruppenzustelleinrichtung zugestellten Drähte.
- Es ist erfindungsgemäß weiter vorgesehen, dass die Flachbiegeeinrichtung mehrere Halter zum Halten mehrerer geradliniger Drahtabschnitte des Biegeabschnitts aufweist, die in einer Bewegungsrichtung aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind und relativ zueinander um im Wesentlichen quer zu der Bewegungsrichtung und im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende Schwenkachsen schwenkbar sind.
- Es ist bevorzugt, dass die Flachbiegeeinrichtung mehrere Formelemente zum Formen von gebogenen Bereichen des Biegeabschnitts aufweist.
- Es ist bevorzugt, dass die Flachbiegeeinrichtung relativ zu der Drahtgruppenzustelleinrichtung in einer quer zu der Erstreckung der zugestellten Drahtgruppe gerichteten Höhenrichtung bewegbar ist.
- Es ist bevorzugt, dass die Flachbiegeeinrichtung ausgebildet ist zum Flachbiegen der Mäanderform im Wesentlichen in einer Ebene.
- Es ist bevorzugt, dass die Flachbiegeeinrichtung ausgebildet ist zum Umbiegen einer ersten Halbwelle um eine Biegeform und Umbiegen einer zweiten Halbwelle um eine Biegeform.
- Es ist bevorzugt, dass die Flachbiegeeinrichtung ausgebildet ist zum Biegen der Mäanderform so, dass sich diese im Wesentlichen parallel zu der Erstreckung der bereitgestellten Drahtgruppe erstreckt.
- Es ist bevorzugt, dass die Flachbiegeeinrichtung ausgebildet ist zum Biegen zumindest des jeweils am weitesten an einer ersten Längsseite der Drahtgruppe befindlichen Drahtes zu der entgegen gerichteten zweiten Längsseite der Drahtgruppe hin über die verbleibenden Drähte der Drahtgruppe hinweg.
- Es ist bevorzugt, dass die Flachbiegeeinrichtung ausgebildet ist zum Biegen der Mäanderform an dem wenigstens einen ersten Draht der Drahtgruppe unter Übersetzen des wenigstens einen ersten Drahtes über den wenigstens einen zweiten Draht der Drahtgruppe und zum Biegen der Mäanderform an dem wenigstens einen zweiten Draht der Drahtgruppe unter Übersetzen des wenigstens einen zweiten Drahts über den wenigstens einen ersten Draht.
- Es ist bevorzugt, dass die Flachbiegeeinrichtung ausgebildet ist zum Biegen der Mäanderform an dem wenigstens einen ersten Draht der Drahtgruppe unter Unterführen des wenigstens einen ersten Drahtes unter wenigstens einen zweiten Draht der Drahtgruppe und zum Biegen der Mäanderform an dem wenigstens einen zweiten Draht der Drahtgruppe unter Unterführen des wenigstens einen zweiten Drahts unter den wenigstens einen ersten Draht.
- Es ist bevorzugt, dass die Flachbiegeeinrichtung ausgebildet ist zum Biegen der Mäanderform des ersten und des zweiten Drahtes mit gleicher oder unterschiedlicher Mäanderweitenform.
- Es ist bevorzugt, dass die Flachbiegeeinrichtung ausgebildet ist zum Übereinanderbiegen des jeweils in Taktrichtung vorne liegenden wenigstens einen Drahtes der Drahtgruppe über die anderen Drähte der Drahtgruppe, um so die Drähte zu verweben.
- Es ist bevorzugt, dass die Flachbiegeeinrichtung dazu ausgebildet ist, das Flachbiegen nacheinander an allen Drähten der Drahtgruppe zu wiederholen, bis an einem Längenabschnitt der Drahtgruppe Mäanderformen an allen Drähten der Drahtgruppe gebildet sind.
- Vorzugsweise umfasst die Biegevorrichtung eine Sprungbiegungseinrichtung zum Ausbilden wenigstens einer Kröpfung in dem Drahtabschnitt.
- Es ist bevorzugt, dass die Querbewegungseinrichtung ein insgesamt drehbares Drehmagazin mit darin drehbar gelagerten Drahtunterstützungen zum Halten der Drähte der Drahtgruppe aufweist.
- Es ist bevorzugt, dass die Querbewegungseinrichtung einen in einer Querbewegungsrichtung bewegbaren Greifer zum Erfassen des zu biegenden Drahts aufweist und ein in die entgegengesetzte Querrichtung bewegbares Stützelement zum gemeinsamen Bewegen der verbleibenden Drähte in die entgegengesetzte Querrichtung aufweist.
- Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung eine Herstellvorrichtung zum Herstellen einer Wellenwicklungsmatte zum Bilden einer Spulenwicklung eines Bauteils einer elektrischen Maschine, umfassend
eine Biegevorrichtung nach einer der voranstehenden Ausgestaltungen und eine Steuerung, die dazu ausgebildet ist, die Biegevorrichtung zum Durchführen des Herstellverfahrens nach einer der voranstehenden Ausgestaltungen anzusteuern. - Vorzugsweise umfasst die Herstellvorrichtung eine Isolierungsentfernungseinrichtung zum Abisolieren von Drahtbereichen der Drähte.
- Vorzugsweise umfasst die Herstellvorrichtung eine Drahtschneideeinrichtung zum Ablängen der Drähte vor dem Biegen.
- Vorzugsweise umfasst die Herstellvorrichtung ein Puffermagazin zum Lagern der bereitzustellenden Drähte.
- Vorzugsweise umfasst die Herstellvorrichtung eine Wellenwicklungsmattenaufnahme zum Aufnehmen und Abführen des bereits fertig gestellten Bereichs der Wellenwicklungsmatte. Insbesondere weist die Wellenwicklungsmattenaufnahme einen Rechen mit einer Reihe von kammartigen Vorsprüngen auf, die zum Eingreifen zwischen die einzelnen Drähte der Wellenwicklungsmatte ausgebildet sind. Vorzugsweise ist der Rechen in einer Richtung quer zu der Zuführungsrichtung der Drahtgruppe bewegbar.
- Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, enthaltend maschinenlesbare Steueranweisungen, die, wenn in eine Steuerung einer Herstellvorrichtung nach einer der voranstehenden Ausgestaltungen geladen, die Herstellvorrichtung veranlassen, das Verfahren nach einer der voranstehenden Ausgestaltungen durchzuführen.
- Die Erfindung betrifft eine flachgewickelte verwebte Matte aus Drähten zum Bilden einer Spulenwicklung eines Bauteils einer elektrischen Maschine. Insbesondere werden Ausgestaltungen zum Flachwickeln einer verwebten Matte oder zum Verweben einer flachgewickelten Matte beschrieben.
- Besondere Vorteile bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung gegenüber dem bekannten Stand der Technik werden im Folgenden kurz erläutert.
- Besondere Ausgestaltungen der Erfindung betreffen ein Wickelverfahren zum Herstellen einer Grundform einer Spulenwicklung, insbesondere einer Wellenwicklung.
- Bei bevorzugten Ausgestaltungen werden Drähte mit rechteckigem Querschnitt möglichst schonend vorzugsweise ganz ohne oder mit möglichst geringer Torsion in eine gewünschte Form gebracht.
- Bei bevorzugten Ausgestaltungen lassen sich Kopfformen von Wicklungsköpfen exakt entsprechend gewünschter Vorgaben formen.
- Bei bevorzugten Ausgestaltungen werden geradlinige Drahtabschnitte mittels Führungen, Haltern, Klemmen oder dergleichen geführt und/oder eingespannt. Dadurch werden diese nicht frei im Raum geformt, das Risiko unerwünschter Verformungen der geradlinigen Drahtabschnitte wird vermieden.
- Bei bevorzugten Ausgestaltungen werden zu formende Drähte mittels Führungen, Haltern, Klemmen oder dergleichen geführt und eingespannt und an Biegeformen geformt. Vorzugsweise werden die geradlinigen Drahtabschnitte fest eingespannt. Vorteilhaft werden Relativbewegungen zwischen den Drähten und an den Drähten angreifenden Elementen der Biegevorrichtung vermieden. Dadurch wird das Risiko von Beschädigungen von Drahtisolierungen oder der Drähte durch Relativbewegung an formenden oder klemmenden Bereichen verringert oder vermieden.
- Bei bevorzugten Ausgestaltungen werden mehrere Drähte eines Drahtpakets geformt. Gegenüber einer Einzelformung von Drähten ergibt sich eine Verkürzung von Taktzeiten. Die Notwendigkeit eines Zusammenfügens der geformten Drähte entfällt, so dass ein Prozessschritt entfällt.
- Bei bevorzugten Ausgestaltungen wird eine verwebte Matte hergestellt.
- Bei bevorzugten Ausgestaltungen werden die Drehbewegungen und Linearbewegungen von Formelementen synchronisiert und aufeinander abgestimmt.
- Bei bevorzugten Ausgestaltungen wird die Biegekontur der einzelnen Drähte durch Formelemente definiert und somit vorbestimmt. Vorzugsweise sind die Formelemente hierzu miteinander wirkgekoppelt und miteinander durch Getriebe, Aktoren, oder dergleichen verbunden.
- Bei bevorzugten Ausgestaltungen werden die Drähte mit einer vorbestimmten Form gebogen. Vorzugsweise werden Formelemente linear und drehbeweglich angetrieben. Vorzugsweise sind die Formelemente aneinander angelenkte oder sonst miteinander in Wirkverbindung stehende Glieder einer Biegekette
- Bei bevorzugten Ausgestaltungen wird eine vorbestimmte Kontur in zumindest einige oder alle Wicklungsköpfe geformt. Hierzu sind z.B. Biegeformen, an denen sich die zu biegenden Bereiche bei der Formung der Mäanderform anlegen, vorgesehen. Weiter kann ein Stempel oder eine sonstige Formeinheit zum Einbringen einer Sprungbiegung oder einer Kröpfung an dem Wicklungskopf vorgesehen sein. Besonders bevorzugt erfolgt wird eine Sprungbiegung durch Relativbewegung zweier Greifer, die Drahtabschnitte greifen, zwischen denen die Sprungbiegung eingebracht werden soll. Somit lässt sich auch die Sprungbiegung möglichst schonend für Draht und Drahtisolierung einbringen.
- Vorzugsweise erfolgt bei den einzelnen Biegevorgängen lediglich eine seitliche Belastung und keine oder eine möglichst geringe Zugbelastung auf die einzelnen Drähte.
- Vorzugsweise erfolgt das Biegen der Mäanderform derart, dass ein Überbiegen über die gewünschte Mäanderform hinaus erfolgt. Durch ein Überbiegen kann einer Tendenz zur Rückbiegung begegnet werden und somit kann die Parallelität der Drähte in dem Drahtpaket und diejenige der geradlinigen Drahtabschnitte in der Wellenwicklungsmatte verbessert werden.
- Bei bevorzugten Ausgestaltungen erfolgt ein Einprägen der Kopfform, insbesondere das Vorsehen einer Sprungbiegung an der Kopfform der Wicklungsköpfe im Verlauf der Biegung der Mäanderform. Dadurch lassen sich Prozessschritte und Arbeitsstationen einsparen.
- Bei bevorzugten Ausgestaltungen ist die Wicklungskopfhöhe gleich oder kleiner oder allenfalls nur sehr geringfügig größer als die Wicklungshöhe. Damit lässt sich mit bevorzugten Ausgestaltungen eine Wellenwicklungsmatte herstellen, welche bei Einfügen in einen Stator, einen Rotor oder ein sonstiges Bauteil mit zentraler Achse keinen radialen Aufbau des Wicklungskopfes hat. Dies wird insbesondere durch eine verwebte Flachwicklung erreicht.
- Eine Spulenwicklungsmatte, die keinen radialen Aufbau der Wicklungsköpfe hat, hat den Vorteil, den Bauraum zu verringern und die Zugänglichkeit für weitere Funktionselemente, z.B. die Zugänglichkeit für Kühlkanäle oder dergleichen, zu erhöhen.
- Bei bevorzugten Ausgestaltungen werden sowohl die Vorteile einer klassischen Flachwicklung und als auch die einer Schwertwicklung erreicht. Vorteilhaft wird eine flachgewickelte verwebte Wicklungsmatte erreicht.
- Bei bevorzugten Ausgestaltungen ist ein Leitertausch in jedem Wicklungskopf möglich. Außerdem ist ein Lagentausch in jedem Wicklungskopf möglich.
- Bevorzugte Ausgestaltungen betreffen ein Biegeverfahren und ein Herstellverfahren, mit welchen eine flachgewickelte verwebte Wellenwicklungsmatte erhältlich sind. Bei bevorzugten Ausgestaltungen werden die in Wellenform flachzuwickelnden Drähte beim Biegen direkt ineinander verwebt.
- Bei bevorzugten Ausgestaltungen werden die Drähte einer Einzelmatte zunächst parallel geführt. Anschließend wird mindestens ein Draht in eine Biegekette aufgenommen und in eine Mäanderform gebogen. Dabei kreuzt er die restlichen Drähte. Diese Bewegung wird vorzugsweise solange ausgeführt, bis die gesamte Matte hergestellt ist. Vorzugsweise werden die Drähte durch das stetige Kreuzen der Drähte ineinander verflochten.
- Bei bevorzugten Ausgestaltungen werden die Einzeldrähte gebogen und zeitgleich zu einer Matte verwebt. Vorteilhaft kann eine Matte hergestellt werden, welche keinen radialen Wicklungskopfaufbau zulässt. Vorteilhaft werden sowohl Vorteile einer Flachwicklung als auch einer Schwertwicklung erreicht.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
- Fig. 1
- eine vereinfachte schematische perspektivische Darstellung eines Bereichs eines Bauteils einer elektrischen Maschine mit einer ersten Spulenwicklung zum Zwecke der Begriffsklärung;
- Fig. 2
- eine vereinfachte schematische perspektivische Darstellung eines Bereichs eines Bauteils einer elektrischen Maschine mit einer zweiten Spulenwicklung zum Zwecke der Begriffsklärung;
- Fig. 3
- eine teils perspektivische, teils geschnittene Darstellung eines Bereichs eines Bauteils einer elektrischen Maschine mit einer aus einer Wellenwicklungsmatte gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gebildeten Spulenwicklung;
- Fig. 4
- eine Draufsicht auf einen Teilbereich des Schnitts in
Fig. 3 ; - Fig. 5
- eine teils perspektivische, teils geschnittene Darstellung eines Bereichs eines Bauteils einer elektrischen Maschine mit einer aus einer durch Schwertwicklung gebildeten Wickelmatte gemäß einem Vergleichsbeispiel gebildeten Spulenwicklung;
- Fig. 6
- eine Draufsicht auf einen Teilbereich des Schnitts in
Fig. 5 ; - Fig. 7
- eine teils perspektivische, teils geschnittene Darstellung eines Bereichs eines Bauteils einer elektrischen Maschine mit einer aus einer durch Flachwickeln gebildeten Wellenwickelmatte gemäß einem Vergleichsbeispiel gebildeten Spulenwicklung;
- Fig. 8
- eine Draufsicht auf einen Teilbereich des Schnitts in
Fig. 7 ; - Fig. 9
- eine schematische Übersichtsdarstellung von Schritten eines Biegeverfahrens zum Biegen von Drahtabschnitten für eine Wellenwicklungsmatte gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- Fig. 10
- eine schematische Skizze eines zu der Wellenwicklungsmatte zu biegenden Drahtpakets während des Verfahrens von
Fig. 9 , wobei ein Teil der Wellenwicklungsmatte bereits fertig gebogen ist; - Fig. 11
- eine perspektivische Darstellung eines Wicklungskopfes mit einer Sprungbiegung, die vor oder während eines Biegevorgangs im Biegeverfahren nach
Fig. 9 eingebracht wird; - Fig. 12
- eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels der Wellenwicklungsmatte, die unter Einsatz des Biegeverfahrens nach den
Fig. 9 bis 11 herstellbar ist; - Fig. 13
- ein Ablaufdiagramm eines Herstellverfahrens der Wellenwicklungsmatte gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung;
- Fig. 14
- eine schematische Schnittdarstellung durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Querbewegungseinrichtung zum Querbewegen von zuzuführenden Drähten im Verlauf des Biegeverfahrens von
Fig. 9 ,10 und13 ; - Fig. 15
- eine schematische perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Querbewegungseinrichtung zum Querbewegen von zuzuführenden Drähten im Verlauf des Biegeverfahrens von
Fig. 9 ,10 und13 ; - Fig. 16
- ein schematisches Blockdiagramm einer Drahtgruppenzustelleinrichtung zum Zustellen einer Drahtgruppe aus nebeneinander beabstandet parallel angeordneten Drähten, um an der Drahtgruppe das Biegeverfahren nach einer der
Fig. 9 ,10 und13 durchzuführen; und - Fig. 17
- eine perspektivische Übersichtsdarstellung einer Herstellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Herstellen einer Wellenwicklungsmatte gemäß
Fig. 12 . - Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele von Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen von aus Wellenwicklungsdrähten 32 zusammengefügten Wellenwicklungsmatten 30, 30a zum Herstellen einer Spulenwicklung 20 einer elektrischen Maschine anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
- Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel für eine solche Spulenwicklung 20 ist in den
Figuren 3 und 4 im eingebauten Zustand und inFig. 12 gesondert gezeigt. Vergleichsbeispiele für eine solche Spulenwicklung 20 zur Begriffsklärung und zum Vergleich sind in denFig. 1 und 2 sowie 5 bis 8 wiedergegeben. Es wird daher zunächst auf dieFig. 1 bis 8 und12 Bezug genommen. - Die Spulenwicklung 20 ist durch wenigstens eine Spulenwicklungsmatte 28 gebildet. Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß
Fig. 3, 4 und12 sowie bei dem Vergleichsbeispiel gemäßFig. 7 und 8 ist die Spulenwicklungsmatte 28 als Wellenwicklungsmatte 30, 30a, 30b ausgebildet. - Unter einer Spulenwicklungsmatte 28 wird ein aus mehreren gebogenen Drähten 24 gebildetes mattenförmiges Leiterbündel verstanden. Unter einer Wellenwicklungsmatte 30 wird ein aus mehreren Wellenwicklungsdrähten 32 (Leitern) gebildetes mattenförmiges Leiterbündel verstanden. Wellenwicklungsdrähte 32 sind wellenartig gebogene Drähte 24, wobei die Herstellung der Biegung in einer Ebene, durch Umbiegung aufeinanderfolgender Drahtabschnitte in entgegengesetzte Biegungsrichtungen erfolgen kann. Eine derartige als Flachwickeln bezeichnete Herstellart führt insbesondere bei Profildrähten, die eine von einer runden Form abweichende Querschnittsprofilform, beispielsweise Rechteckprofil aufweisen, zu einer schonenden Biegung und zu größerer Prozesssicherheit.
- Die Spulenwicklungsmatte 28 und damit auch die Wellenwicklungsmatte 30, 30a, 30b umfasst insbesondere mehrere sich in einer Längsrichtung erstreckende wellenförmig gebogene Wellenwicklungsdrähte 32, die in Längsrichtung beabstandete und sich in einer quer zur Längsrichtung verlaufenden Querrichtung erstreckende geradlinige Drahtabschnitte 34 und dachförmige Wicklungsköpfe 36 dazwischen derart aufweisen, dass benachbarte geradlinige Drahtabschnitte 34 durch einen dachförmig gebogenen Wicklungskopf 36 miteinander verbunden sind.
- Die geradlinigen Drahtabschnitte 34 der Spulenwicklungsmatte 28 dienen insbesondere wie in den
Fig. 1 und 2 gezeigt dazu, in Nuten 16 eines Gehäuses 10 eines Bauteils 12 einer elektrischen Maschine, wie insbesondere einem Stator 14 eines Elektromotors, eingefügt zu werden. Die Wicklungsköpfe 36 bilden jeweils einen Umschlag und stehen außen an den axial gerichteten Gehäuseenden vor und verbinden den Drahtabschnitt 34 einer Nut 16 mit einem Drahtabschnitt 34 in einer anderen Nut 16. Insgesamt lässt sich so durch wenigstens eine oder auch mehrere Spulenwicklungsmatten 28 und insbesondere Wellenwicklungsmatten 30 die Spulenwicklung 20 des Bauteils 12 der elektrischen Maschine bilden. Beispielsweise soll eine dreiphasige Spulenwicklung 20 hergestellt werden. - Im Folgenden werden zunächst einige Begriffe, die bei der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung verwendet werden, anhand der Darstellungen in
Fig. 1 und 2 näher erläutert. DieFig. 1 und 2 zeigen eine vereinfachte Darstellung eines Teilsegments eines Gehäuses 10 eines als Beispiel für ein Bauteil 12 dienenden Stators 14 mit Nuten 16 und einer aus Leitern A, B gebildeten Spulenwicklung 20, wobei inFig. 1 eine Einschichtwicklung dargestellt ist, bei der die Leiter A und B in einer Ebene bleiben und inFig. 2 eine Zweischichtwicklung gezeigt ist, bei der die Leiter A und B die Ebene wechseln. - Spulenschritt/Spulenweite: Der "Spulenschritt" SPS gibt an, um wie viel Nuten 16 ein einzelner Leiter A, B pro Umschlag weiterspringt. Den durchschnittlichen Spulenschritt SPS der Spulenwicklung 20 nennt man "Spulenweite". Der Spulenschritt und die Spulenweite können sich unterscheiden, beispielsweise wenn zwei Einzelleiter der gleichen Phase parallel laufen. In
Fig. 1 erkennt man, dass der Leiter B einen Spulenschritt SPS von fünf hat. Der äußere Leiter A springt um sieben Nuten weiter. Dadurch erhält man eine Spulenweite von sechs. - Shiftmaß: Das "Shiftmaß" ist die Maßangabe der Spulenweite. Dieses ist durchmesserabhängig, da sich der Umfangsabstand zwischen den Nuten 16 des Stators 14 vergrößert, wenn der Durchmesser größer wird. Hat eine Spulenwicklungsmatte 28 mehrere Umläufe im Stator 14, so hat sie mehrere Shiftmaße aber eine konstante Spulenweite.
- Zonenbreite: Die "Zonenbreite" gibt an, ab welcher Nutenzahl sich ein Wickelschema wiederholt. Ist der Spulenschritt konstant, dann entspricht die "Zonenbreite" der Spulenweite. Wechselt der Spulenschritt SPS bei einer Spulenweite von sechs jedes Mal, wiederholt sich das Schema nach dem zweiten Umschlag, damit erhält man eine Zonenbreite von zwölf.
- Leitertausch: Hat ein Wickelschema diese Unterschiede im Spulenschritt, spricht man von einer Wicklung mit "Leitertausch". Betrachtet man die Reihenfolge der Leiter A, B in
Fig. 1 in Umfangsrichtung, dann erkennt man, dass immer zwei Leiter vertauscht werden (AB→BA). - Lagentausch: Wechseln, wie in
Fig. 2 , zwei Leiter A, B die Ebenen in der Nut 16 oder in einer Spulenwicklungsmatte, dann spricht man von einem "Lagentausch". An der Stelle, an der die Leiter A, B die Ebene wechseln, haben diese einen Sprung 22. Eine Spulenwicklungsmatte ohne Lagentausch wird auch als "einschichtige Spulenwicklungsmatte" bezeichnet, eine Spulenwicklungsmatte mit Lagentausch als "zweischichtige Spulenwicklungsmatte". Durch den Lagentausch erreicht man zudem einen Ausgleich der Potentialunterschiede in den Leitern, der durch einen unterschiedlichen Abstand der beiden Lagen zu einem anderen Bauteil der elektrischen Maschine, wie z.B. dem Rotor, entstehen würde. - Die
Fig. 3 und 4 zeigen Darstellungen eines Teilsegments des Gehäuses 10 des als Beispiel für das Bauteil 12 dienenden Stators 14 mit Nuten 16 und einer aus einer Wellenwicklungsmatte 30, 30a gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gebildeten Spulenwicklung 20. Die Wellenwicklungsmatte 30 gemäß dem Ausführungsbeispiel ist eine flachgewickelte verwebte Wellenwicklungsmatte 30a, bei der die einzelnen Drähte 24 oder Untergruppen von Drähten 24 beim Flachwickeln miteinander verwebt worden sind, wie dies im Einzelnen weiter unten näher dargestellt wird. - Die
Fig. 5 und 6 zeigen Darstellungen des Teilsegments des Gehäuses 10 des als Beispiel für das Bauteil 12 dienenden Stators 14 mit Nuten 16 und einer aus einer Wickelmatte 28a gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel gebildeten Spulenwicklung 20. Die Wickelmatte 28a ist durch Schwertwicklung hergestellt, wie dies in der Literaturstelle [8] näher beschrieben und gezeigt ist. DieFig. 7 und 8 zeigen Darstellungen des Teilsegments des Gehäuses 10 des als Beispiel für das Bauteil 12 dienenden Stators 14 mit Nuten 16 und einer aus einer Wellenwicklungsmatte 30, 30b gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel gebildeten Spulenwicklung 20. Die Wellenwicklungsmatte 30b ist durch einzelnes Flachwickeln von Wellenwicklungsdrähten 32 und Zusammenfügen der so einzeln gebogenen Wellenwicklungsdrähte 32 hergestellt, wie dies z.B. in der Literaturstelle [7] beschrieben und gezeigt ist. - Wie man durch einen Vergleich der
Fig. 3 bis 8 erkennen kann, baut der Wicklungskopf 36 im Stator 14 je nach Herstellart in unterschiedlichem Maße radial auf. In denFig. 4 ,6 und8 sind jeweils die Höhe h der Spulenwicklungsmatte 28 im Bereich der geradlinigen Drahtabschnitte 34 (im Folgenden Wicklungshöhe h genannt), also im Einsatz in einer entsprechenden Nut 16, und die maximale Höhe Wh der Spulenwicklungsmatte 28 im Bereich der Wicklungsköpfe 36 (im Folgenden Wicklungskopfhöhe Wh genannt) dargestellt. Bei der Schwertwicklung gemäß denFig. 5 und 6 und bei der Flachwicklung gemäß denFig. 7 und 8 ist die Wicklungskopfhöhe Wh deutlich größer als die Wicklungshöhe h, d.h. die Wicklungsköpfe 36 erstrecken sich bei den Spulenwicklungsmatten 28 gemäß den Vergleichsbeispielen mehr in die radiale Richtung als die geradlinigen Drahtabschnitte 34. - Um den Bauraum zu verringern und die Zugänglichkeit für beispielsweise Kühlkanäle zu erhöhen, wird gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung eine Spulenwicklungsmatte 28 hergestellt, welche keinen radialen Aufbau des Wicklungskopfs 36 hat. Dies wird durch ein Verweben der Einzeldrähte in der Wellenwicklungsmatte 30, 30a möglich. Es wird eine verwebte Flachwicklung erreicht. Wie
Fig. 3 und 4 zeigen, ist die Wicklungskopfhöhe Wh gleich der Wicklungshöhe h. - Die verwebte flachgewickelte Wellenwicklungsmatte 30a hat außerdem Vorteile hinsichtlich der Komplexität des Wickelschemas.
- Bei der Schwertwicklung - schwertgewickelte Spulenwicklungsmatte 28a gemäß
Fig. 5 und 6 - ist ein Lagentausch in jedem Wicklungskopf 36 möglich. Allerdings ist der Leitertausch nur sehr aufwendig zu realisieren. Bei der klassischen Flachwicklung - flachgewickelte Wellenwicklungsmatte 30b gemäß denFig. 7 und 8 - ist es genau umgekehrt. - Mit den im Folgenden näher dargestellten Verfahren zum Herstellen einer gewebten flachgewickelten Wellenwicklungsmatte 30a gelingt es, die Vorteile beider bisheriger konventioneller Verfahren miteinander zu verbinden. Das im Folgenden dargestellte Verfahren ermöglicht es, eine flachgewickelte, verwebte Wellenwicklungsmatte herzustellen, mit welcher größere Freiheiten hinsichtlich Lagentausch und Leitertausch existieren.
- Im Folgenden sind die drei sich ergebenden Wickelschemata nochmal dargestellt. Dabei wird deutlich, dass die Flachwicklung verwebt die größte Flexibilität bietet.
- Die Tabelle 1 zeigt ein Beispiel für die Drahtanordnung in der Nut für die schwertgewickelte Spulenwicklungsmatte 28a, siehe [7], wobei a bis I die einzelnen Leiter (Drähte) bezeichnen. Ein Leitertausch ist nur an einzelnen Wicklungsköpfen 36 umsetzbar, während ein Lagentausch in jedem Wicklungskopf 36 möglich ist.
- Die Tabelle 2 zeigt ein Beispiel für die Drahtanordnung in der Nut für die gestapelte oder gesteckte Wellenwicklungsmatte 30b, siehe [8], wobei wiederum a bis I die einzelnen Leiter (Drähte) bezeichnen. Ein Leitertausch ist in jedem Wicklungskopf 36 möglich, während ein Lagentausch nur an einzelnen Wicklungsköpfen 36 umsetzbar ist
- Die Tabelle 3 zeigt ein Beispiel für die Drahtanordnung in der Nut für die flachgewickelte verwebte Wellenwicklungsmatte 30a gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung, wobei wiederum a bis I die einzelnen Leiter (Drähte) bezeichnen. Ein Leitertausch ist in jedem Wicklungskopf 36 möglich; und auch ein Lagentausch ist in jedem Wicklungskopf 36 möglich.
-
Fig. 9 und10 zeigen schematisch ein Ausführungsbeispiel für ein Biegeverfahren im Zuge der Herstellung der flachgewickelten gewebten Wellenwicklungsmatte 30a. - Das Biegeverfahren dient zum Biegen von Drahtabschnitten für die Wellenwicklungsmatte 30a und umfasst die Schritte:
- a) Bereitstellen einer Drahtgruppe 40 aus nebeneinander beabstandet parallel angeordneten Drähten 24, 24a-24f;
- b) Biegen einer Mäanderform 42 an wenigstens einem ersten Draht 24a der Drahtgruppe 40 so, dass der wenigstens eine erste Draht 24a wenigstens einen zweiten Draht 24b der Drahtgruppe 40 kreuzt, und
- c) Biegen der Mäanderform 42 an dem wenigstens einen zweiten Draht 24b der Drahtgruppe 40 so, dass der wenigstens eine zweite Draht 24b den wenigstens einen ersten Draht 24a kreuzt.
- Damit wird ein Biegeverfahren geschaffen, welches ermöglicht, die flachgewickelte gewebte Wellenwicklungsmatte 30a herzustellen. Dabei werden die Drähte 24, 24a-24f beim Biegen direkt ineinander verwebt.
-
Fig. 9 stellt das Biegeverfahren schematisch dar. Die Drahtgruppe 40 wird, sieheFig. 9 ganz links, von einer Drahtgruppenzustelleinrichtung 44 (später näher erläutert) bereitgestellt. Ein erster Draht 24a wird in eine Biegekette 46 eingeführt. Die Biegekette 46 weist, wie dies später noch näher erläutert wird, zueinander um senkrecht zu der Zeichenebene vonFig. 9 angeordnete Schwenkachsen 130a, 130b, 130c verschwenkbare Klemmelemente 48 und Formelemente 50 auf. Vorzugsweise weisen die Klemmelemente 48 einen ersten Halter 48a und einen zweiten Halter 48b auf. - Wie in der mittleren Darstellung und rechten Darstellung von
Fig. 9 gezeigt, wird der Draht 24a an denjenigen Drahtabschnitten, die später die geradlinigen Drahtabschnitte 34 bilden sollen, mittels der Halter 48a, 48b der Klemmelemente 48 eingeklemmt. Die dazwischen liegenden Abschnitte werden an den Formelementen 50 geformt, um so die Wicklungsköpfe 36 zu bilden. Durch Verschwenken der Biegekettenelemente 48, 50 wird die Mäanderform 42 mit einer ersten und einer zweiten Halbwelle gebildet, gleichzeitig dabei wird die Biegekette 46 mit dem eingefassten Draht 24a über die anderen Drähte 24b-24f der Drahtgruppe 40 gehoben (bei anderen Ausführungsformen kann die Biegekette 46 auch unter der Drahtgruppe 40 hindurch geführt werden). Dadurch erfolgt, wie durch den Pfeil darstellt, ein Verweben 52. - Indem dieser Vorgang nacheinander an den anderen Drähten 24b-24f wiederholt wird, werden so stückweise alle Drähte 24a-24f gebogen und verwebt, um so stückweise die Wellenwicklungsmatte 30a zu bilden.
- Die Drähte 24a-24f der Einzelmatte werden zunächst parallel als Drahtpaket 40 zugeführt. Anschließend wird mindestens ein Draht 24a in die Biegekette 46 aufgenommen und in eine Mäanderform 42 gebogen. Dabei kreuzt er die restlichen Drähte 24b-24f. Diese Bewegung wird solange ausgeführt, bis die gesamte Matte hergestellt ist. Durch das stetige Kreuzen der Drähte 24 werden die Drähte 24 ineinander verflochten.
-
Fig. 10 zeigt die Drahtgruppe 40 und die bereits teilweise gefertigte Wellenwicklungsmatte 30a bei einem Biegevorgang. Bei der Wellenwicklungsmatte 30a sind jeweils die bereits fertig gestellten Wicklungsköpfe 36 und die geradlinigen Drahtabschnitte 34 in einer oberen Lage 54 und einer unteren Lage 56 dargestellt. - Das Biegen erfolgt über die mehreren Klemmelemente 48 und Formelemente 50, welche jeweils Teile des Drahts 24a klemmen und synchron zueinander verfahren werden können. Bei einigen Ausführungsformen kann der Abstand der Klemm- und Formelemente 48, 50 flexibel zueinander geändert werden, um verschiedene parallele Abstände der geradlinigen Drahtabschnitte 34 der Wellenwicklungsmatte 30a (Shiftmaß) zu ermöglichen. Die Elemente 48, 50 können also zueinander auf veränderbaren definierten Bahnkurven verfahren.
- Optional können die Elemente 48, 50 auch in der Höhe zueinander versetzt werden, um Höhenversätze in den Leiter zu biegen.
- Ein Grundprinzip bevorzugter Ausgestaltungen ist also, immer die in Taktrichtung vorne liegenden Leiter 24, 24a-24f über die anderen zu biegen, wodurch die Drähte 24 verwebt werden.
- Der Prozess wird so oft wiederholt, bis die notwendige Mattenlänge erreicht ist.
- Ein Vorteil des Biegeverfahrens, des dieses verwendenden Herstellverfahrens sowie der Vorrichtungen zum Durchführen derselben liegt darin, dass die Einzeldrähte gebogen und zeitgleich zu einer Matte verwebt werden. Außerdem kann eine Matte hergestellt werden, welche keinen radialen Wicklungskopfaufbau zulässt. Die Verfahren und Vorrichtungen gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung verbinden also die Vorteile der Schwertwicklung und der Flachwicklung mit dem zusätzlichen Vorteil des radial kompakteren Wicklungskopfs 36.
-
Fig. 11 zeigt eine perspektivische Darstellung des Wicklungskopfes 36. Der Wicklungskopf 36 ist hier ausgeführt wie bei der Flachwicklung gemäß [8], allerdings nur mit einem Höhenversatz 58 pro Wicklungskopf 36. Durch den Höhenversatz 58 ergibt sich der oben anhandFig. 2 erläuterte Sprung 22 von einer Lage 54, 56 in eine andere Lage 56, 54. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen weist jeder Wicklungskopf 36 eine Dachbiegung mit einem ersten bis dritten Biegebereich 60a-60c und einem ersten und zweiten geradlinigen Abschnitt 62a, 62b auf. Ein erster und dritter Biegebereich 60a und 60c bilden die Übergänge zu den benachbarten geradlinigen Drahtabschnitten 34. Daran schließt sich jeweils ein geradliniger Abschnitt 62a, 62b an. Zwischen den geradlinigen Abschnitten 62a, 62b ist der zentrale zweite Biegebereich 62b ausgebildet. Der einzige Höhenversatz 58 ist am zentralen Biegebereich 62b ausgebildet. Die anderen Biegebereiche 62a, 62c weisen keinen Höhenversatz auf. Im Gegensatz zu den Wicklungsköpfen 36 der aus [8] bekannten Wellenwicklungsmatte 30b ist also kein Höhenversatz am Nutausgang erforderlich. Der Höhenversatz 58 wird durch eine Sprungbiegung eingebracht. - In
Fig. 12 ist eine Ausführungsform der verwebten flachgewickelten Wellenwicklungsmatte 30a dargestellt, welche hier mit einem kontinuierlichen Leitertausch ausgeführt ist. Außerdem ist die gezeigte Ausführungsform der Wellenwicklungsmatte 30a treppenförmig, wie an den Absätzen 64 innerhalb der Wellenwicklungsmatte 30a zu erkennen ist. Die Treppenform erleichtert das mehrlagige Einbringen der Wellenwicklungsmatte 30a in ein ringförmiges Bauteil 12, wie insbesondere das Gehäuse 10 des Stators 14. Der Absatz 64 wird durch eine entgegengesetzte Richtung des Höhenversatzes 58 realisiert. -
Fig. 13 zeigt ein Flussdiagramm für ein Ausführungsbeispiel eines Herstellverfahrens für die flachgewickelte verwebte Wellenwicklungsmatte 30a. Die Schritte darin bedeuten: - S1 Abisolieren (optional)
- Ein Abisolieren der Bereiche der Drähte 24a-24f, die später als Drahtenden zur Kontaktierung zu verwenden sind, ist vorher möglich.
- Dies kann mechanisch und/oder mittels Laser oder dergleichen erfolgen.
- S2 Ablängen (optional)
- Die einzelnen Drähte 24a-24f können entsprechend der gewünschten Länge vorher von einer Drahtrolle abgelängt werden.
- Insbesondere ist ein Vorkonfektionieren der Drähte 24a-24f, z.B. in einem Puffermagazin möglich.
- S3 Sprung biegen (optional)
- Insbesondere zum Einbringen der Höhenversätze 58
- Sprünge können vorab durch Kröpfen des Drahtes 24a-24f an vorbestimmten Stellen eingebracht werden
- Alternativ kann das Kröpfen/die Sprungbiegung zeitgleich beim Biegeverfahren erfolgen
- Sprungrichtung und Versatzhöhe sind vorzugsweise flexibel einstellbar S4 Biegen/Übersetzen
- Biegen einer Mäanderform 42 mit gleichzeitigem Übersetzen (alternativ Unterheben) der gebogenen Drähte 24a-24f
- Mäanderweitenmaß (Shiftmaß) kann innerhalb einer Wellenwicklungsmatte 30a variieren
- Übersetzen auf verschiedene Arten realisierbar
- S5 Wellenwicklungsmatte 30a ausbringen
- Synchrones Austakten der Wellenwicklungsmatte 30a, beispielsweise mit einem Rechen 66.
- Wie oben erläutert, wird bei einer Ausgestaltung des Biegeverfahrens der jeweils zu einer Mäanderform 42 zu biegende Draht 24a über die anderen Drähte 24b-24f des Drahtpakets 40 übersetzt. Bei anderen Ausgestaltungen wird der jeweils zu biegende Draht 24a unter die anderen Drähte 24b-24f des Drahtpakets 40 gehoben. Der jeweils gebogene Draht kreuzt also die anderen Drähte, die nachfolgend gebogen werden. Anstelle des Biegens eines einzelnen Drahtes könnten auch mehrere Drähte gleichzeitig gebogen werden und entsprechend zum Kreuzen quer bewegt werden. Der verbleibende zuzuführende Bereich des jeweils zu biegenden Drahts 24a wird also jeweils quer zu der Längserstreckungsrichtung des Drahtpakets 40 relativ zu den anderen Drähten 24b-24f bewegt. Dies erfolgt mittels einer Querbewegungseinrichtung 68, von der im Folgenden zwei Ausführungsbeispiele anhand der Darstellung in den
Fig. 14 und 15 erläutert werden. - Die Funktion der Querbewegungseinrichtung 68 wird anhand des Ausführungsbeispiels des Verfahrens erläutert, bei dem die zu biegenden Drähte übersetzt werden, d.h. bei dem die zu biegenden Drähte über die anderen gehoben werden. Eine umgekehrte Bewegung - Unterführung der zu biegenden Drähte - ist aber grundsätzlich ebenfalls möglich, wie oben bereits erläutert.
- Das Übersetzen in der Drahtzuführung wird durchgeführt, damit sich die Drähte aufgrund des Biegeablaufes nicht ineinander tordieren.
- In
Fig. 14 ist als ein erstes Ausführungsbeispiel für die Querbewegungseinrichtung 68 ein Drehmagazin 70 dargestellt. Das Drehmagazin 70 weist zum Beispiel eine (oder mehrere in Axialrichtung beabstandete) Rotationsscheibe 72 auf, die sich in eine erste Drehrichtung 74 um eine zentrale Achse 76 dreht. In der Rotationsscheibe 72 sind pro Draht 24a-24f oder Drahtpaar Läufe 78 mit Drahtunterstützungen 80 für die Drähte 24a-24f drehbar angeordnet. Die Läufe 78 drehen um eigene Achsen in der zu der ersten Drehrichtung 74 entgegengesetzten zweiten Drehrichtung 82 mit der gleichen Drehgeschwindigkeit wie die Rotationsscheibe 72, so dass die Drahtunterstützungen 80 stets in der gleichen Orientierung stehen. Beispielsweise sind die Drähte 24a-24f in jedem Lauf 78 immer waagerecht. -
Fig. 14 zeigt somit ein Übersetzen durch ein rotierendes Magazin 70, welches einzelne Läufe 78 für einen oder mehrere Drähte 24a-24f hat. Um eine Torsion der Drähte 24a-24f zu verhindern, drehen sich die Läufe 78 gegensätzlich zur Drehrichtung des Magazins 70. - In
Fig. 15 ist als ein zweites Ausführungsbeispiel für die Querbewegungseinrichtung 68 ein Linearmagazin 84 dargestellt. Das Linearmagazin 84 ist beispielsweise als Riemenmagazin ausgeführt. Das Linearmagazin 84 weist einen schematisch durch einen Bewegungspfeil dargestellten und in eine Querrichtung bewegbaren Greifer 86 für den zu biegenden Draht 24a und eine Transporteinrichtung 88 für die verbleibenden Drähte 24b-24f des Drahtpakets 40 auf. Die Transporteinrichtung 88 weist z.B. mehrere in Längsrichtung des Drahtpakets 40 beabstandete in die entgegengesetzte Querrichtung wie der Greifer 86 bewegbare Stützelemente, insbesondere in Form von Riemen 90, mehr insbesondere Zahnriemen, auf. - Die Funktion des Linearmagazins 68 ist wie folgt. Das Übersetzen des zu biegenden Drahts 24a erfolgt durch beispielsweise den Greifer 86. Es erfolgt ein Weitertakten der verbleibenden Drähte 24b-24f über einen Riemen 90 oder ähnliches. Die Taktrichtung des Riemens 90 ist mit dem Pfeil 92 gekennzeichnet Hierbei wird immer einer oder mehrere Drähte 24a, welche gebogen werden, über die anderen Drähte 24b-24f geführt und die restlichen Drähte 24b-24f über einen Riemen 90 weitergetaktet.
- Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel für die Drahtgruppenzustelleinrichtung 44 anhand von
Fig. 16 erläutert. Die Drahtgruppenzustelleinrichtung 44 gemäß dem Ausführungsbeispiel vonFig. 16 weist eine Drahtbereitstelleinrichtung 94 zum Bereitstellen eines Endlosdrahtes 96, eine Isolierungsentfernungseinrichtung 98 zum bereichsweisen Entfernen einer Isolierung an dem Endlosdraht 96, eine Drahtschneideeinrichtung 99 zum Schneiden des Endlosdrahtes 96, um so die Drähte 24a bis 24f zu erhalten, und eine Drahtgruppierungseinrichtung 100 zum Anordnen der Drähte 24a-24f zu der Drahtgruppe 40 auf. - Die Drahtbereitstelleinrichtung 94 weist z.B. eine Rollenaufnahme zum Aufnehmen einer Drahtrolle 102 auf, von der der Endlosdraht 96 abgerollt wird. Der Endlosdraht 96 ist als Flachdraht mit rechteckigem Profil und einer Isolierungsschicht an der Oberfläche ausgebildet. Ein mögliches Ausführungsbeispiel für die Drahtbereitstelleinrichtung 94 ist der folgenden Literaturstelle
[13]DE 10 2018 102 914 A1 entnehmbar, auf welche für weitere Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. - Die Isolierungsentfernungseinrichtung 98 ist beispielsweise derart ausgebildet, wie dies in der Literaturstelle
[14]deutsche Patentanmeldung 10 2019 121 179.4 (nicht vorveröffentlicht) beschrieben und gezeigt ist. Insbesondere hat die Isolierungsentfernungseinrichtung 98 eine Drahtführung 104 und einen Laser 106, dessen Strahlung auf den Endlosdraht 96 zum bereichsweisen Entfernen der Isolierschicht geleitet wird. Ein abisolierter Drahtbereich des Endlosdrahtes 96 mit entfernter Isolierung ist bei 108 dargestellt. Solche abisolierten Drahtbereiche 108 werden in regelmäßigen Abständen, die der Länge der Drähte 24a-24f der Drahtgruppe 40 entsprechen, durch Entfernen der Isolierschicht in den Endlosdraht 96 eingebracht. - Die Drahtschneideeinrichtung 99 weist ein geeignetes Schneidwerk (nicht dargestellt) zum Schneiden des Endlosdrahtes 96 auf. Das Schneidwerk ist derart gesteuert, dass der Schnitt mittig in dem abisolierten Bereich 108 durchgeführt wird.
- Die Drahtgruppierungseinrichtung 100 weist ein Puffermagazin 110 zum Aufnehmen der abgelängten Drähte 24a-24f auf und eine Ausgabeeinrichtung, mit der die Drähte 24a-24f aus dem Puffermagazin 110 entnommen werden und zum Bilden der Drahtgruppe 40 so angeordnet werden, dass die Drähte 24a-24f im Wesentlichen parallel zueinander beabstandet verlaufen. Diese Drahtgruppe 40 wird dann über die Querbewegungseinrichtung 68 der Biegekette 46 zugeführt, wie dies in
Fig. 9 und10 angedeutet ist. - Ein Ausführungsbeispiel für eine Herstellvorrichtung 120 zum Herstellen der flachgewickelten gewebten Wellenwicklungsmatte 30a ist in
Fig. 17 in Übersicht dargestellt. Die Herstellvorrichtung 120 weist eine Biegevorrichtung 112, eine Steuerung 122 sowie eine Wellenwicklungsmattenaufnahme 124 auf. - Die Biegevorrichtung 112 ist zur Verwendung bei der Herstellung der flachgewickelten gewebten Wellenwicklungsmatte 30a zum Bilden der Spulenwicklung 20 des Bauteils 12 einer elektrischen Maschine ausgebildet und dazu ausgebildet, das oben anhand der
Fig. 9 und10 erläuterte Biegeverfahren durchzuführen. Die Herstellvorrichtung 120 ist dazu ausgebildet, durch wiederholtes Durchführen des Biegeverfahrens die Wellenwicklungsmatte 30a gemäß der inFig. 13 dargestellten Prozesskette herzustellen. - Die Biegevorrichtung 112 umfasst die in
Fig. 16 dargestellte Drahtgruppenzustelleinrichtung 44 mittels der die Drahtgruppe 40 aus nebeneinander beabstandet parallel angeordneten Drähten 24a-24f zugestellt wird. - Weiter umfasst die Biegevorrichtung 112 eine Flachbiegeeinrichtung 114 zum derartigen Biegen eines Biegeabschnitts wenigstens eines Drahts 24a der Drahtgruppe 40 in die Mäanderform 42, dass der Biegeabschnitt die verbleibenden Drähte 24b-24f der Drahtgruppe 40 kreuzt, und die Querbewegungseinrichtung 68 zum relativen Bewegen des wenigstens einen zu biegenden Drahts 24a und der verbleibenden Drähte 24b-24f in einer Richtung quer zu der Längserstreckung der durch die Drahtgruppenzustelleinrichtung 44 zugestellten Drähte 24a-24f.
- Die Flachbiegeeinrichtung 114 umfasst die Biegekette 46 mit den Klemmelementen 48 und den Formelementen 50 sowie Aktoren 116 zum Bilden der Biegeachsen und zum Bewegen der Schwenkbewegungen der Klemmelemente 48 und der Formelemente 50 sowie zum Bewegen von nicht näher dargestellten Klemmbacken der Klemmelemente 48, um die geradlinigen Drahtabschnitte 34 festzuhalten und zu klemmen. Die Klemmelemente 48 weisen mehrere Halter 48a, 48b zum Halten mehrerer geradliniger Drahtabschnitte 34 des Biegeabschnitts aufweist, die mittels der Aktoren 116 in einer Bewegungsrichtung aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind und relativ zueinander um im Wesentlichen quer zu der Bewegungsrichtung und im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende Schwenkachsen 130a, 130b, 130c schwenkbar sind. Die mehreren Formelemente 50 sind zum Formen von gebogenen Bereichen des Biegeabschnitts ausgebildet. Die Formelemente 50 weisen nicht näher dargestellte Biegeformen auf, deren Konturen den Biegebereichen 60a-60c entsprechen, um an diesen Biegeformen die Biegebereiche 60a-60c schonend zu formen. Wenigstens einer der Aktoren 116 ist weiter derart ausgestaltet, dass die Flachbiegeeinrichtung 114 mit zumindest einigen Elementen der Biegekette 46 relativ zu den verbleibenden Drähten 24b-24f der Drahtgruppe 40 angehoben werden kann, um den in die Mäanderform 42 zu biegenden Biegeabschnitt des zu biegenden Drahtes 24a über die anderen Drähte 24b-24f der Drahtgruppe 40 zu heben. Gleichzeitig erfolgt ein Umsetzen des noch zuzuführenden Bereichs des zu biegenden Drahtes wie zuvor beschrieben mittels der Querbewegungseinrichtung 68.
- Weiter umfasst die Biegevorrichtung 112 eine Sprungbiegungseinrichtung 118 zum Ausbilden wenigstens einer Kröpfung in dem Biegeabschnitt. Damit lässt sich Schritt S3 des Verfahrensablaufs von
Fig. 13 durchführen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Sprungbiegungseinrichtungen 118 vorgesehen, mittels denen an jeder der beiden Halbwellen der Mäanderform 42, deren Umbiegung jeweils entgegengesetzte Wicklungsköpfe 36 bilden, eine Biegung des Sprungs 22 - siehe Höhenversatz 58 inFig. 11 - durchführbar ist. Jede Sprungbiegungseinrichtung 118 weist zwei relativ zueinander verfahrbare Greifer oder Aufnahmeelemente 118a, 118b auf, die die geradlinigen Abschnitte 62a, 62b klemmend aufnehmen können. Bei Relativverschiebung der Aufnahmeelemente 118a, 118b lässt sich so zwischen den geradlinigen Abschnitten 62a, 62b der Höhenversatz 58 einbringen. Dies erfolgt bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel bevor die Biegebereiche 60a-60c beim Ausbilden der Mäanderform 42 gebogen werden. Die Aufnahmeelemente 118a, 118b sind in dem Beispiel als bewegbare Balken mit Kammstrukturen ausgebildet. - Wie oben erläutert, kann der Höhenversatz 58 alternativ auch während des Formens der Mäanderform 42 eingebracht werden. Bei einer entsprechenden Ausführungsform der Biegevorrichtung 112 sind Klemmelemente 48, 48a, 48b und Formelemente 50 der Biegekette 46 in Höhenrichtung zueinander bewegbar, um zwischen den jeweils daran gehaltenen Abschnitten 62a, 62b den Höhenversatz 58 und damit den Sprung 22 einzubringen.
- Die Wellenwicklungsmattenaufnahme 124 weist den oben bereits erwähnten Rechen 66 auf. Der Rechen 66 weist nicht näher dargestellte Vorsprünge auf, die zwischen geradlinige Drahtabschnitte 34 der Wellenwicklungsmatte 30a eingreifen. Der Rechen 66 ist in einer Abtransportrichtung 126 (auch Taktrichtung der Wellenwicklungsmatte 30a genannt) quer zu der Drahtzuführrichtung 128 taktweise bewegbar.
- Die Steuerung 122 ist derart programmiert und mit den Einheiten der Herstellvorrichtung 120 derart verbunden, dass diese zum Durchführen des in
Fig. 13 dargestellten Herstellverfahrens angesteuert wird. -
- 10
- Gehäuse
- 12
- Bauteil
- 14
- Stator
- 16
- Nut
- 20
- Spulenwicklung
- 22
- Sprung
- 24
- Draht
- 24a-24f
- erster bis sechster Draht
- 28
- Spulenwicklungsmatte
- 28a
- Wickelmatte (erstes Vergleichsbeispiel, hergestellt durch Schwertwickeln)
- 30
- Wellenwicklungsmatte
- 30a
- flachgewickelte verwebte Wellenwicklungsmatte
- 30b
- konventionelle Wellenwicklungsmatte (zweites Vergleichsbeispiel)
- 32
- Wellenwicklungsdraht
- 34
- geradliniger Drahtabschnitt
- 36
- Wicklungskopf
- 40
- Drahtgruppe
- 42
- Mäanderform
- 44
- Drahtgruppenzustelleinrichtung
- 46
- Biegekette
- 48
- Klemmelement
- 48a
- erster Halter
- 48b
- zweiter Halter
- 50
- Formelement
- 52
- Verweben
- 54
- obere Lage
- 56
- untere Lage
- 58
- Höhenversatz
- 60a-60c
- erster bis dritter Biegebereich
- 62a, 62b
- erster und zweiter geradliniger Abschnitt
- 64
- Absatz
- 66
- Rechen
- 68
- Querbewegungseinrichtung
- 70
- Drehmagazin
- 72
- Rotationsscheibe
- 74
- erste Drehrichtung
- 76
- zentrale Achse
- 78
- Lauf
- 80
- Drahtunterstützung
- 82
- zweite Drehrichtung
- 84
- Linearmagazin
- 86
- Greifer
- 88
- Transporteinrichtung
- 90
- Riemen
- 92
- Taktrichtung Riemen
- 94
- Drahtbereitstelleinrichtung
- 96
- Endlosdraht
- 98
- Isolierungsentfernungseinrichtung
- 99
- Drahtschneideeinrichtung
- 100
- Drahtgruppierungseinrichtung
- 102
- Drahtrolle
- 104
- Drahtführung
- 106
- Laser
- 108
- abisolierter Drahtbereich
- 110
- Puffermagazin
- 112
- Biegevorrichtung
- 114
- Flachbiegeeinrichtung
- 116
- Aktor
- 118
- Sprungbiegungseinrichtung
- 118a
- erstes Aufnahmeelement
- 118b
- zweites Aufnahmeelement
- 120
- Herstellvorrichtung
- 122
- Steuerung
- 124
- Wellenwicklungsmattenaufnahme
- 126
- Abtransportrichtung
- 128
- Drahtzuführrichtung
- 130a
- erste Schwenkachse
- 130b
- zweite Schwenkachse
- 130c
- dritte Schwenkachse
- h
- Wicklungshöhe
- Wh
- Wicklungskopfhöhe
Claims (13)
- Biegeverfahren zum Biegen von Drahtabschnitten für eine Wellenwicklungsmatte (30a) zum Bilden einer Spulenwicklung (20) eines Bauteils (12) einer elektrischen Maschine, umfassend:a) Bereitstellen einer Drahtgruppe (40) aus nebeneinander beabstandet parallel angeordneten Drähten (24, 24a-24f);b) Biegen einer Mäanderform (42) an wenigstens einem ersten Draht (24a) der Drahtgruppe (40) so, dass gleichzeitig der wenigstens eine erste Draht (24a) wenigstens einen zweiten Draht (24b) der Drahtgruppe (40) kreuzt, undc) Biegen der Mäanderform (42) an dem wenigstens einen zweiten Draht (24b) der Drahtgruppe (40) so, dass gleichzeitig der wenigstens eine zweite Draht (24b) den wenigstens einen ersten Draht (24a) kreuzt,dadurch gekennzeichnet,dass der Schritt b) und/oder der Schritt c) den Schritt enthalten:
Aufeinander zu Bewegen eines ersten und eines zweiten Halters (48a, 48b) zum Halten eines Drahtabschnittes in einer Bewegungsrichtung, die im Wesentlichen parallel zu der Längsrichtung der Drahtgruppe (40) gerichtet ist, und gleichzeitiges Verschwenken des ersten Halters (48a) um eine erste Schwenkachse (130a) und des wenigstens einen zweiten Halters (48b) um eine zweite Schwenkachse (130b), wobei die Schwenkachsen (130a, 130b) im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckung der Drahtgruppe (40) gerichtet sind. - Biegeverfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schritt b) und/oder der Schritt c) wenigstens einen oder mehrere der Schritte enthält:bc1) Flachbiegen der Mäanderform (42) im Wesentlichen in einer Ebene;bc2) Umbiegen einer ersten Halbwelle um eine Biegeform und Umbiegen einer zweiten Halbwelle um eine Biegeform;bc3) Biegen der Mäanderform (42) in einer sich im Wesentlichen parallel zu der Erstreckung der bereitgestellten Drahtgruppe (40) erstreckenden Ebene;bc4) Biegen zumindest des jeweils am nächsten an einer ersten Längsseite der Drahtgruppe (40) befindlichen Drahtes (24a) zu der entgegen gerichteten zweiten Längsseite der Drahtgruppe (40) hin über die verbleibenden Drähte (24b-24f) der Drahtgruppe (40) hinweg;bc5) Biegen der Mäanderform (42) an dem wenigstens einen ersten Draht (24a) der Drahtgruppe (40) unter Übersetzen des wenigstens einen ersten Drahtes (24a) über den wenigstens einen zweiten Draht (24b) der Drahtgruppe und Biegen der Mäanderform (42) an dem wenigstens einen zweiten Draht (24b) der Drahtgruppe (40) unter Übersetzen des wenigstens einen zweiten Drahts (24b) über den wenigstens einen ersten Draht (24a);bc6) Biegen der Mäanderform (42) an dem wenigstens einen ersten Draht (24a) der Drahtgruppe (40) unter Unterführen des wenigstens einen ersten Drahtes (24a) unter wenigstens einen zweiten Draht (24b) der Drahtgruppe (40) und Biegen der Mäanderform (42) an dem wenigstens einen zweiten Draht (24b) der Drahtgruppe (40) unter Unterführen des wenigstens einen zweiten Drahts (24b) unter den wenigstens einen ersten Draht (24a);bc7) Ausbilden einer Kröpfung in einem Drahtabschnitt des ersten und/oder zweiten Drahts (24a, 24b), an dem eine Umbiegung der Mäanderform (42) gebildet oder zu bilden ist;bc8) Biegen der Mäanderform (42) des ersten und des zweiten Drahtes (24a, 24b) mit gleichem oder unterschiedlichem Mäanderweitenmaß;bc9) Übereinanderbiegen des jeweils in Taktrichtung vorne liegenden wenigstens einen Drahtes (24a) der Drahtgruppe über die anderen Drähte (24b-24f) der Drahtgruppe (40), um so die Drähte (24, 24a-24f) zu verweben;bc10) Relativbewegen des jeweils wenigstens einen zu biegenden Drahts (24a) relativ zu den anderen Drähten (24b-24f) in einer Richtung quer zur Längserstreckung der Drähte (24, 24a-24f);bc11) Relativbewegen des jeweils wenigstens einen zu biegenden Drahts (24a) relativ zu den anderen Drähten (24b-24f) in einer Richtung quer zur Längserstreckung der Drähte (24, 24a-24f) mittels eines insgesamt drehbaren Drehmagazins (70) mit darin drehbar gelagerten Drahtunterstützungen (80), in denen die Drähte (24a-24f) gehalten sind;bc12) Relativbewegen des jeweils wenigstens einen zu biegenden Drahts (24a) relativ zu den anderen Drähten (24b-24f) in einer Richtung quer zur Längserstreckung der Drähte (24, 24a-24f) mittels Erfassen des zu biegenden Drahts (24a) mit einem sich in eine Querrichtung bewegenden Greifer (86) und gemeinsames Bewegen der verbleibenden Drähte (24b-24f) in die entgegengesetzte Querrichtung;bc13) Biegen der Mäanderform (42) an relativ zueinander bewegbaren und verschwenkbaren Klemm- und Formelementen (48, 50). - Biegeverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schritte b) und c) nacheinander wiederholt werden, bis an einem Längenabschnitt der Drahtgruppe (40) Mäanderformen (42) an allen Drähten (24a-24f) der Drahtgruppe (40) gebildet sind. - Herstellverfahren zum Herstellen einer Wellenwicklungsmatte (30a) zum Bilden einer Spulenwicklung (20) eines Bauteils (12) einer elektrischen Maschine, umfassend:
Durchführen des Biegeverfahrens nach einem der voranstehenden Ansprüche an einem Längenabschnitt der Drahtgruppe (40) und Wiederholen des Biegeverfahrens an weiteren Längenabschnitten, bis die Wellenwicklungsmatte (30a) in der gewünschten Länge gebildet ist. - Herstellverfahren nach Anspruch 4,
gekennzeichnet durch wenigstens einen oder mehrere der folgenden Schritte:5.1 Abisolieren von Drahtbereichen (108) der Drähte (24);5.2 Ablängen der Drähte (24) vor dem Biegeverfahren auf eine vorbestimmte Länge;5.3 Lagern der bereitzustellenden Drähte (24) und/oder der bereitzustellenden Drahtgruppe (40) in einem Puffermagazin (110);5.4 Biegen von Sprüngen (22) in vorbestimmte Abschnitte wenigstens einer oder aller der Drähte (24);5.5 Biegen von Sprüngen (22) an unterschiedlichen Abschnitten und/oder unterschiedlichen Drähten (24a-24f) der Drahtgruppe (40) mit unterschiedlichen Sprungrichtungen und/oder unterschiedlichen Versatzhöhen;5.6 taktweises Durchführen des Biegeverfahrens;5.7 Abführen des bereits fertig gestellten Bereichs der Wellenwicklungsmatte (30a) auf einer Wellenwicklungsmattenaufnahme (124);5.8 Abführen des bereits fertig gestellten Bereichs der Wellenwicklungsmatte (30a) quer zu der Längserstreckung der zugeführten Drahtgruppe (40);5.9 Abführen des bereits fertig gestellten Bereichs der Wellenwicklungsmatte (30a) auf einem Rechen (66);5.10 Abführen des bereits fertig gestellten Bereichs der Wellenwicklungsmatte (30a) durch synchrones Austakten der Wellenwicklungsmatte (30a). - Biegevorrichtung (112) zur Verwendung bei der Herstellung einer Wellenwicklungsmatte (30a) zum Bilden einer Spulenwicklung (20) eines Bauteils (12) einer elektrischen Maschine, umfassendeine Drahtgruppenzustelleinrichtung (44) zum Zustellen einer Drahtgruppe (40) aus nebeneinander beabstandet parallel angeordneten Drähten (24a-24f) undeine Flachbiegeeinrichtung (114) zum derartigen Biegen eines Biegeabschnitts wenigstens eines Drahts (24a) der Drahtgruppe (40) in eine Mäanderform (42), dass gleichzeitig der Drahtabschnitt die verbleibenden Drähte (24b-24f) der Drahtgruppe (40) kreuzt undeine Querbewegungseinrichtung (68) zum relativen Bewegen des wenigstens einen zu biegenden Drahts (24a) und der verbleibenden Drähte (24b-24f) in einer Richtung quer zu der Längserstreckung der durch die Drahtgruppenzustelleinrichtung (44) zugestellten Drähte (24a-24f), dadurch gekennzeichnet,dass die Flachbiegeeinrichtung (114) mehrere Halter (48a, 48b) zum Halten mehrerer geradliniger Drahtabschnitte (34) des Biegeabschnitts aufweist, die in einer Bewegungsrichtung aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind und relativ zueinander um im Wesentlichen quer zu der Bewegungsrichtung und im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende Schwenkachsen (130a, 130b, 130c) gleichzeitig schwenkbar sind.
- Biegevorrichtung (112) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Flachbiegeeinrichtung (114)7.1 mehrere Formelemente (50) zum Formen von gebogenen Bereichen (60a-60c) des Biegeabschnitts aufweist; und/oder7.2 relativ zu der Drahtgruppenzustelleinrichtung (44) in einer quer zu der Erstreckung der zugestellten Drahtgruppe (40) gerichteten Höhenrichtung bewegbar ist. - Biegevorrichtung (112) nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Flachbiegeeinrichtung (114) ausgewählt ist aus einer Gruppe, die umfasst:8.1 eine Flachbiegeeinrichtung (114), die ausgebildet ist zum Flachbiegen der Mäanderform (42) im Wesentlichen in einer Ebene;8.2 eine Flachbiegeeinrichtung (114), die ausgebildet ist zum Umbiegen einer ersten Halbwelle um eine Biegeform und Umbiegen einer zweiten Halbwelle um eine Biegeform;8.3 eine Flachbiegeeinrichtung (114), die ausgebildet ist zum Biegen der Mäanderform (42) so, dass sich diese im Wesentlichen parallel zu der Erstreckung der bereitgestellten Drahtgruppe (40) erstreckt;8.4 eine Flachbiegeeinrichtung (114), die ausgebildet ist zum Biegen zumindest des jeweils am weitesten an einer ersten Längsseite der Drahtgruppe (40) befindlichen Drahtes (24a) zu der entgegen gerichteten zweiten Längsseite der Drahtgruppe hin über die verbleibenden Drähte (24b-24f) der Drahtgruppe (40) hinweg;8.5 eine Flachbiegeeinrichtung (114), die ausgebildet ist zum Biegen der Mäanderform (42) an dem wenigstens einen ersten Draht (24a) der Drahtgruppe (40) unter Übersetzen des wenigstens einen ersten Drahtes (24a) über wenigstens einen zweiten Draht (24b) der Drahtgruppe (40) und zum Biegen der Mäanderform (42) an dem wenigstens einen zweiten Draht (24b) der Drahtgruppe (40) unter Übersetzen des wenigstens einen zweiten Drahts (24b) über den wenigstens einen ersten Draht (24a);8.6 eine Flachbiegeeinrichtung (114), die ausgebildet ist zum Biegen der Mäanderform (42) an dem wenigstens einen ersten Draht (24a) der Drahtgruppe unter Unterführen des wenigstens einen ersten Drahtes (24a) unter wenigstens einen zweiten Draht (24b) der Drahtgruppe (40) und zum Biegen der Mäanderform (42) an dem wenigstens einen zweiten Draht (24b) der Drahtgruppe (40) unter Unterführen des wenigstens einen zweiten Drahts (24b) unter den wenigstens einen ersten Draht (24a);8.7 eine Flachbiegeeinrichtung (114), die ausgebildet ist zum Biegen der Mäanderform (42) des ersten und des zweiten Drahtes (24a, 24b) mit gleicher oder unterschiedlicher Mäanderweitenform;8.8 eine Flachbiegeeinrichtung (114), die ausgebildet ist zum Übereinanderbiegen des jeweils in Taktrichtung vorne liegenden wenigstens einen Drahtes (24a) der Drahtgruppe (40) über die anderen Drähte (24b-24f) der Drahtgruppe (40), um so die Drähte (24a-24f) zu verweben; und8.9 eine Flachbiegungseinrichtung (114), die dazu ausgebildet ist, das Flachbiegen nacheinander an allen Drähten (24a-24f) der Drahtgruppe (40) zu wiederholen, bis an einem Längenabschnitt der Drahtgruppe (40) Mäanderformen (42) an allen Drähten (24a-24f) der Drahtgruppe (40) gebildet sind; und8.10 Kombinationen der Flachbiegeeinrichtungen (114) gemäß 8.1 bis 8.9. - Biegevorrichtung (112) nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
gekennzeichnet durch eine Sprungbiegungseinrichtung (118) zum Ausbilden wenigstens einer Kröpfung in dem Drahtabschnitt. - Biegevorrichtung (112) nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Querbewegungseinrichtung (68)10.1 ein insgesamt drehbares Drehmagazin (70) mit darin drehbar gelagerten Drahtunterstützungen (80) zum Halten der Drähte (24a-24f) der Drahtgruppe (40) aufweist; und/oder10.2 einen in einer Querbewegungsrichtung bewegbaren Greifer (86) zum Erfassen des zu biegenden Drahts (24a) aufweist und ein in die entgegengesetzte Querrichtung bewegbares Stützelement zum gemeinsamen Bewegen der verbleibenden Drähte (24b-24f) in die entgegengesetzte Querrichtung aufweist. - Herstellvorrichtung (120) zum Herstellen einer Wellenwicklungsmatte (30a) zum Bilden einer Spulenwicklung (20) eines Bauteils (12) einer elektrischen Maschine, umfassend eine Biegevorrichtung (112) nach einem der Ansprüche 6 bis 10 und eine Steuerung (122), die dazu ausgebildet ist, die Biegevorrichtung (112) zum Durchführen des Herstellverfahrens nach einem der Ansprüche 4 oder 5 anzusteuern.
- Herstellvorrichtung (120) nach Anspruch 11,
gekennzeichnet durch eine oder mehrere der folgenden Einrichtungen:12.1 eine Isolierungsentfernungseinrichtung (98) zum Abisolieren von Drahtbereichen (108) der Drähte (24, 24a-24f);12.2 eine Drahtschneideeinrichtung (99) zum Ablängen der Drähte (24) vor dem Biegen;12.3 ein Puffermagazin (110) zum Lagern der bereitzustellenden Drähte (24); und/oder12.4 eine Wellenwicklungsmattenaufnahme (124) zum Aufnehmen und Abführen des bereits fertig gestellten Bereichs der Wellenwicklungsmatte (30a). - Computerprogrammprodukt, enthaltend maschinenlesbare Steueranweisungen, die, wenn in eine Steuerung (122) einer Herstellvorrichtung (120) nach einem der Ansprüche 11 oder 12 geladen, die Herstellvorrichtung (120) veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen.
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